可燃性气体

可燃性气体（精选10篇）

可燃性气体 篇1

在大多数石油化工工艺过程中, 为保证生产安全, 常采用多层级的保护措施, 综合运用本质安全工艺、监测报警系统、隔离防护措施、应急控制系统等, 每个层级的保护措施都对消除和削减风险具有重要的作用。因此, 可燃气体及有毒气体检测报警系统是安全生产控制过程中的一个重要环节, 可燃气体及有毒气体检测报警系统的可靠性是保证安全生产的重要措施之一。为了实现可燃性气体和有毒气体报警器的最大安全效益, 不仅要按照相关标准设置可燃气体和有毒气体的报警器, 更要确保报警系统时时可用、好用, 这也是使用可燃气体和有毒气体报警器的关键所在。

配置

分类

1.按安装法方式分为固定式、移动式及便携式可燃及有毒气体报警器。

2.按检测气体分为可燃气体检测仪、有毒气体检测仪及氧气检测仪。

3.按被测气体采取方式分为扩散式检测仪和泵吸式检测仪。

配置要求

GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中要求, 在生产或使用可燃气体及有毒气体的工艺装置和储运设施 (包括甲类气体和液化烃、甲B、乙A类液体的储罐区、装卸设施、灌装站等) 的区域内, 对可能发生可燃气体和/或有毒气体的泄漏进行监测时, 应设置可燃气体检 (探) 测器和有毒气体检 (探) 测器。具体要求如下:可燃气体或其中含有毒气体泄漏时, 可燃气体浓度可能达到25%LEL (爆炸下限, Lower Explosion Limited) , 但有毒气体不能达到最高容许浓度时, 应设置可燃气体检 (探) 测器;有毒气体或其中含有可燃气体泄漏时, 有毒气体浓度可能达到最高容许浓度, 但可燃气体浓度不能达到25%LEL时, 应设置有毒气体检 (探) 测器;可燃气体与有毒气体同时存在的场所, 可燃气体浓度可能达到25%LEL, 有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时, 应分别设置可燃气体和有毒气体检 (探) 测器;同一种气体, 既属可燃气体又属有毒气体时, 应只设置有毒气体检 (探) 测器。

SY 6503-2008《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》中规定:可能积聚可燃气体的石油天然气站场和石油天然气储运设施, 应按本标准设置可燃气体检测报警系统;石油天然气工程中的油气计量站、集气站、油气输送管道线路截断阀室、边缘地区无人值守的功能简单的小型石油天然气站场 (除甲A类之外) , 可不设固定式可燃气体报警系统, 但应为巡检人员配置便携式可燃气体检测报警器;按本标准规定设置可燃气体检测报警系统的场所, 应采用固定式可燃气体检测报警器, 并宜适量配置便携式可燃气体检测报警器。

随着安全生产投入的增加, 便携式报警器配置量也在逐年增加。虽然没有相关法规标准对石油石化行业便携式报警器的配置进行具体的要求, 但企业应主动将其管理工作做细做实, 使其发挥最大的安全效益。

选型

报警器的选型应根据检测气体的性质来确定。烃类可燃气体可选用催化燃烧型或红外气体检 (探) 测器;当使用场所的空气中含有能使催化燃烧型检测元件中毒的介质时, 应选用抗毒性催化燃烧型检 (探) 测器;在缺氧或高腐蚀性等场所, 宜选用红外气体检 (探) 测器;氢气检测可选用催化燃烧型、电化学型、热传导型或半导体型检 (探) 测器;检测组分单一的可燃气体, 宜选用热传导型检 (探) 测器;硫化氢、氯气、氨气、丙烯腈气体、一氧化碳气体可选用电化学型或半导体型检 (探) 测器;苯气体可选用半导体型或光致电离型检 (探) 测器。在考虑检测气体的同时, 还应根据可燃气体和有毒气体报警器传感器的特点和寿命进行选型。各种可燃气体和有毒气体探测的性能特点和使用寿命详见表1。

检定和维护

可燃气体和有毒气体报警器在使用中会出现误报警、不报警或者延长报警响应时间等故障, 如果出现上述故障, 那么报警器就行同虚设, 埋下更大的安全隐患。因此固定式报警器的维护单位应强化报警器的日常管理和检定管理。

维护

可燃气体检测报警器的管理应由专人负责, 并要经过专门培训, 负责日常检查和维护, 应对报警器系统进行定期检查, 做好检查记录。《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》要求:

1.每周应对报警器自检系统试验1次, 检查指示系统的运行状况。

2.每2周进行1次外观检查, 检查项目包括:连接部位、可动部件、显示部位和控制旋钮, 故障灯, 检测器防爆密封件和紧固件, 检测器部件是否堵塞, 检测器防水罩, 现场报警器。

3.如果是安装在高处的检测器, 检查周期可适当延长, 但应保证正常运行。

以上要求适用于上游的生产企业。

GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中没有对适用于下游的炼化企业可燃气体和有毒气体报警系统的维护工作提出具体要求, 但中国石化出版社出版的《石油化工设备维护检修规程, 第7册仪表》中进行了具体的要求:

1.定期检查指示、报警系统是否正常。

2.每月检查1次零点。

3.每3个月标定1次量程。

4.应经常检查检测器防雨罩, 防止意外进水, 检测元件浸水受潮后, 将影响其性能。

5.检测器的检测元件长期使用, 其灵敏度可能有所下降。在标定量程时, 经调整指示, 若达不到要求, 如此时无其他异常情况, 则说明检测器需要更换新的检测元件。

由于便携式自身的使用特点, 使其使用和维护方面的管理都不如固定式报警器完善, 目前便携式报警器都是分散管理, 不是由专门的个人负责管理, 无法确保仪器规定的充放电时间和调校周期, 致使便携仪的完好率极低。使用时往往按照使用说明进行操作, 发现故障就直接贴上禁用签, 禁止使用。但使用人员很难发现显示数据存在的偏差, 而且便携式报警器往往被用于“动火作业”“受限空间作业”中可燃气体和有毒气体的动态监测, 如果出现显示数据偏差, 那么就不是在减少安全隐患, 而是增加了安全隐患。

检定

JJG693-2004《可燃气体检测报警器检定规程》中规定:非矿井作业环境中使用的便携式和固定式可燃气体检测报警器的检定周期一般不超过1年;仪器经过非正常振动, 或对示值有怀疑时, 以及更换主要元件后, 应随时送检。

笔者在调研中发现, 某企业的2 000多台固定式报警器在每3个月的检定中存在以下问题:声光报警器坏, 变送器坏, 零点漂。具体校验结果汇总见表2。每3个月校正1次, 就会发现2%左右的不合格率, 那么如果是半年或1年才标定1次, 将会有多少报警器处于误差报警或不报警的状态。虽然是很简单的数字, 但确实应引起各企业的重视。

总的说来, 无论是固定式可燃气体报警器还是便携式可燃气体报警器除了国家强制性规定的每年检定1次, 各企业都能完成外, 其他对维护和标定的具体要求就不是每一个企业都能执行了。调研中笔者发现, 目前各企业便携式报警器的配置台数可赶超固定式报警器的台数, 在便携式报警器使用维护制度还不完善的状况下, 便携式报警器配置量的增加是否能真正有效地削减风险, 确实是值得思考的事。

确保可靠性的建议

业内人士一致认为, 不仅要完善现有的可燃气体和有毒气体报警器的维护和标定标准及管理制度, 更要为管理制度的执行创造好的技术条件。

相关标准

目前适用于上游企业有关可燃气体和有毒气体报警器的标准有SY6503-2008《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》和JJG693-2004《可燃气体检测报警器检定规程》, 适用于下游企业的可燃气体和有毒气体报警器的标准有GB50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》和JJG693-2004《可燃气体检测报警器检定规程》。SY6503-2000版中曾要求:每半年用标准气体对可燃气体检测报警器进行检定, 观察报警情况和稳定值, 不满足标准要求的应及时修理, 并作好检测记录, 而SY6503-2008版除了每年不少于1次标定的要求外, 再没有其他要求;GB50493-2009对可燃气体和有毒气体报警器的维护和标定没有规定, 炼化企业可燃气体和有毒气体报警器的维护和标定就缺少这方面的标准。

因此建议相关的标准委员会可根据上下游企业各自的生产运营特点, 在相应的标准中给出相关的规定。在相关标准还没有出台前, 建议炼化企业按照中石化出版社出版的《石油化工设备维护检修规程, 第7册仪表》中的要求进行维护, 即每3月标定1次。

管理制度

在管理制度上, 各企业应该根据企业生产运营的实际完善维护和检定的具体要求, 包括:维护和标定的频次, 由谁来执行维护和标定, 维护和标定的内容、如何维护和标定, 在什么地方进行维护和标定。

技术条件

在技术条件创造上, 目前固定式报警器的日常标定一般都是通过外购标气进行。便携式报警器大都是由外检机构检定, 为了方便对固定式报警器和便携式报警器的日常标定, 企业可以采用计算机自动配气系统配标准气和零气, 这样可省去外购的程序, 而且计算机自动配气系统自动化程度高, 具有配气精度高、配气成本低、配气效率高、自动化程度高、稳定性好、性能优越、功能强大。该系统已广泛用于煤矿生产企业, 各企业可以结合各自的生产运营情况, 合理配置计算机自动配气系统。

可燃性气体 篇2

3.1油气田易燃、易爆场所应安装可燃气体检测报警器。

3.2可燃气体检测报警器的检测器的数量应满足被检测区域的要求。每个检测器的有效检测距离，在室内不宜大于7.5m，在室外不宜大于15 m。

3.3可燃气体报警控制器应安装在有人值守的操作室或值班室。

3.4安装和使用的可燃气体检测报警器应有经国家指定机构认可的计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证。

3.5在用的可燃气体检测报警器应按规定定期标定。

4安装范围及检测点的.确定

4.1安装范围

4.1.1在以下场所应安装可燃气体检测报警器：

a) 原油中转站以上的油泵房、计量间、含油污水泵房、阀组间、脱水器操作间;

b) 输送天然气的压缩机房、计量间、阀组间和收发球间;

c) 轻烃系统的压缩机房、计量间、阀组间、收发球间、储罐区和装卸设施;

d) 凝析油和汽油的泵间、计量间、阀组间、储罐区和装卸设施;

e) 液化石油气泵房、灌瓶(充装)间、计量间、气瓶库和储罐区;

f) 原油装卸设施应符合SH 3063—中4.2.2的规定。

4.1.2在以下场所宜安装可燃气体检测报警器：

a) 原油沉降罐操作间、原油储罐区;

b) 含油污水罐区。

4.2检测点的确定

4.2.1在封闭和半封闭厂房中，按室内要求设置检测器;当封闭厂房的面积小于50m2时，至少应设一个检测器。

4.2.2露天或半露天的生产设施按室外要求设置检测器。

可燃性气体 篇3

关键词：现场检定 控制 安全

可燃气体检测报警器（以下简称报警器）广泛安装在化工、石油、冶金、家庭、星级宾馆、商场、大型医院、液化气站、加气站等需要防火防爆的场所，用于气体检测报警，以确保安全[1]。目前以催化燃烧式报警器居多，其传感器使用寿命一般为3～5年，且在使用过程中灵敏度会不断下降，有些零位还会漂移。如果不按时检定，将无法保证报警器的正常工作，生产生命安全得不到有效的保障。而报警器检定的现场环境多样，这就要求检定人员在现场检定工作中排除外界干扰，确保检定结果准确可靠。笔者结合实际现场检定工作，简单阐述了几个需要注意的事项。

1 检定环境条件控制

1.1 温度的影响。JJG693-2011《可燃气体检测报警器》检定规程规定环境条件为（0～40）℃，北方的冬天和南方的夏天安装在户外的报警器检定条件都有可能超过规程要求，因此现场检定时应尽量避开上述时间段，如无法避免，则应相应的采取保温防护措施，并做好现场环境温度监测，并注意标准气体钢瓶上的气体压力，以保证标准气体能正常使用。

1.2 气流的影响。JJG693-2011要求检定环境通风良好，而在现场检定时如遇较大气流变化（如刮风）时，为防止标定罩内标准气体浓度受影响，可在标定罩外罩个较大的塑料袋，以防标定罩内气体浓度受外界气流干扰，同时应在塑料袋下方挖个洞，以便标准气体及时排出，以免影响检定结果的准确性。

1.3 环境中其他气体的影响。JJG693-2011要求现场无干扰的被测气体。由于报警器并不是特效的用于单一的气体检测，例如标明用于检测甲烷的报警器，如果检定环境中存在高浓度的液化气，那么液化气也可能在该报警器上发生反应，无法准确获得甲烷的浓度值，从而影响检定结果。特别是催化燃烧式的报警器，它可以与大部分的可燃气体发生反应。因此现场检定时如果发现存在其他干扰气体（如现场有轻微泄露）时，应立即停止检定，查找原因，直至排除干扰，方可继续检定。现场检定时可自带经检定合格的便携式可燃气体检测报警器，用于检测现场是否存在干扰气体。

2 标准气体的选择

JJG693-2011要求选择与仪器检测种类相同的气体标准物质，若仪器为注明所测气体种类，则选用异丁烷或丙烷气体标准物质。笔者在现场检定过程中发现现场实际需要检测的气体种类往往和现场安装的报警器上注明的气体检测种类不一致，一般为了使检定结果更符合实际使用，笔者建议选用标准气体时应尽可能的符合使用现场需检测的气体种类，而不能一味的按照报警器上注明的气体检测种类。例如目标气体为丙烷的催化燃烧型报警器要求2.0伏的电桥电压差可正确测得气体浓度值，而对于异丁烷气体，电桥电压差达到1.5伏时可能就已经报警了。因此，如果报警器检定时用的是丙烷标气，它将无法准确检测异丁烷气体。但在实际检定中往往无法配齐所有的标准气体，所以我们在检定时一定要熟知现场实际需要检测的气体种类，并在证书中给出相对应的校正系数（一般由制造商提供），用户在使用时仅需将报警器的读数与校正系数相乘即可获得现场气体的真实浓度值，以此相对应的应该适当调整报警器的报警浓度值[2]。

3 气体流量控制

JJG693-2011并未对气体标准的流速做出明确的规定，只是简单描述为按仪器厂家规定，而在实际检定过程中，无法获得说明书的情况经常发生，而气体流量的大小又直接影响报警器的示值。在无法获得厂家要求的气体流量时，笔者觉得流量的控制应该是一个范围，其值的大小应根据标定罩的实际情况来定，只要不给传感器压力即可。在正常检定过程中如采用测面进气的标定罩时，流量可选择500mL/min，如采用底部进气的标定罩时，流量可选择在（300～500）mL/min。不管选用哪个气体流量值，都必须保证检定过程流量的稳定。特别是在检定报警器的重复性时应控制在同一流量，一般检定前通气1分钟，既能排除气管中的空气，又能达到稳定流量的目的。

4 示值误差

在检定报警器之前，应先检查线路连接是否正常，特别是报警器与主机连线位置应有屏蔽措施，防止其他电磁信号（如对讲机、手机）的干扰。另外，在实际检测过程中，主机与报警器的示值可能不一致，可通过调节主机上的零位和标定两个电位器进行调整，有些厂家是通过软件调整，此时应保证断电复位后能保留调整内容，尽量将主机和报警器上的示值调成一致或接近，最终判断仪器是否合格应以主机上的示值为准，因为现场监控人员主要是通过主机获得信息，而且大多数报警装置也是和主机相关联的，而报警器本身只是起到传感器的作用。在读取报警器示值时，应在示值稳定15s左右不变化为好，有（1～2）%LEL的变化也应是正常的。但示值误差应取绝对误差大者。一般在检定时将报警器的误差调为正误差，以提高安全性。

5 检定周期确定

催化燃烧式报警器传感器的灵敏度会随使用时间不断变化（多为降低），特别是超过传感器使用寿命后，这种变化越发明显。而使用单位为了节约成本，一般不愿意更换传感器，更别说淘汰整个报警器了，因而对已经超过厂家规定的使用寿命的报警器应当通过缩短检定周期来保证报警器的正常工作。如果条件允许可在两个检定周期之间做使用中检查，如发现很短的周期内出现不合格，则应要求使用单位更换传感器或报警器。

6 其他注意事项

6.1 不得使用高浓度可燃气体测试报警线路是否正常，高浓度的可燃气体会产生很大的电桥电压差，且产生大量热量，降低了报警器中催化剂的含量，使报警器灵敏度降低，同时还会造成报警器零点漂移，严重时直接破坏测量电桥，这种破坏是不可恢复的。而且可燃气体浓度高，空气中的氧气含量就相对低了，导致无焰燃烧不完全，产生的炭黑物质会覆盖在报警器的传感器表面，也会影响报警器的灵敏度[3]。

6.2 有些化学物质（硫化物、硅化物、卤素化合物等）会造成传感器催化剂中毒[4]。因此报警器应尽量避免和这些物质相接触。例如用于压缩机、烃泵等的机械润滑油和润滑剂，里面含有硅化物。灭火器、酸雨等中都含有卤素化合物，因此在使用和检定报警器时都应加强防范措施。

6.3 检定人员应穿符合检定现场规定的服装进入现场，服从现场管理部门安排，遵守现场的各项安全制度。如需要配备对讲机时，应选用合格的防爆对讲机。

参考文献：

[1]GB_50493-2009，石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].

[2]薛鼎龙.可燃气体检测报警器的检定[J].中国计量，2012（6）.

[3]催化燃烧式传感器工作原理[J].哈尔滨东方报警设备开发有限公司，2010.

可燃性气体泄漏防护系统 篇4

关键词：报警,单片机,传感器,自动拨号

在家庭及一些可以封闭的房室内装有煤气等可燃性烷烃气体管道的场所经常因为设备的老化或没有及时关闭阀门, 而引起气体的泄露导致火灾甚至爆炸。严重威胁了人们的生命财产安全。为了避免上述情况的发生, 我们通过市场调查研究, 设计本系统可以防患于未然。这里涉及到系统的功能、可靠性以及系统在使用过程中是否简单方便, 便于编程及产品是否实惠等一系列问题。经过一段时间的调查, 从技术与经济的角度上认真分析, 我们的设计可以实现功能健全, 价格低廉, 使用方便的最终要求。

本设计名称为可燃性气体泄露防护系统, 属于智能化报警监控系统, 无需人的监视, 通过可燃气体传感器检测, 便可自行投入工作。该设计以78E58单片机为核心, 通过可燃气体传感器与单片机连接, 将其采集到的信号传递给单片机, 通过单片机分析处理, 会将信息通过LCD显示器显示出来并同时通过PM60芯片转换成语音, 进行语音提示, 告知家人或附近人有可燃性气体泄漏, 并及时采取措施处理。若附近没有人员在场, 该系统将通过PCD3311自动拨号芯片在检测泄露之后30s, 将自动通过家庭或附近电话拨通求救电话, 通知相关人员进行处理 (该功能为模拟功能) 。

1 系统硬件电路设计和实现

系统总体结构框图如图1。

1.1 单片机78E58

78E58是华邦电子公司出产的低压, 高性能COMS8位单片机片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器 (PEROM) 和128bytes的随机存取数据存储器 (RAM) , 片内置通用8位中央处理器 (CUP) 。其内部组成包括CUP、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口, 各部分通过内部总线相连。

1.2 HD7279串行驱动芯片

HD7279是一片具有串行接口的, 可以同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片, 该芯片同时还可以连接多达64键的键盘矩阵, 单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。其主要特点包括串行接口, 无需外围元件可以直接驱动;各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性; (循环) 左移/ (循环) 右移指令;具有段寻址指令, 方便控制独立LED;64键键盘控制器, 内含去抖动电路。在我们设计过程中, 我们选用HD7279的键盘控制功能。HD7279采用串行方式与单片机通讯, 串行数据从DATA引脚送入芯片, 并由CL K端同步。当片选信号变为低电平后, DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279的缓冲寄存器。

1.3 PM60智能语音芯片

PM60系列是中青世纪科技公司于2007年薪推出的一款智能语音产品。该系列芯片可以烧录和放音, 具有长秒数, 高品质, 易录放的特点。是一个整合了录放音电路, 快闪存储, ADPCM编、解码器, 功率放大器, 稳压器等线路的全功能录放系统。其主要特点:长秒数 (125s~4000s) 、麦克风直接录音、8个输入脚4个输出脚、不需要额外元件、自由组合录音段和声音段、宽范围的采样频率 (5k Hz~40k Hz) 、弹性的工作电压 (3V~6 V) 内置抗干扰精密稳压器、多种LED闪烁频率 (1Hz~12Hz) 、按键直接触发串并行微控器触发。本设计选用串行输入接口, 在串行输入接口工作方式下, K1为数据端, K2为同步时钟端, O1为忙信号端。地址数据在时钟上升沿锁存输入到PM60芯片内。语音段的地址为0x80H~0x FFH。外部单片机直接送入要放音的段地址即可播放, 结束时PM60的忙信号拉低, 在判断一段语音结束时, 外部单片机再送下一段语音的段地址。

1.4 PCD3311芯片

双语多频编码芯片PCD3311外围电路见图2所示。

1.5 PCF8563时钟芯片

PCF8563是飞利浦公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563有16个8位寄存器分别为:可自动增量的地址寄存器、内置32.768k Hz的振荡器 (带有一个内部集成的电容) 、分频器 (用于给实时时钟RTC提供源时钟) 、可编程时钟输出、定时器、报警器、掉电检测器和400kHzI2C总线接口。

所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器, 但不是所有位都有用。前两个寄存器 (内存地址00H, 01H) 用于控制寄存器和状态寄存器, 内存地址02H~08H用于时钟计数器 (秒~年计数器) , 地址09H~0CH用于报警寄存器 (定义报警条件) , 地址0D H控制CL KO UT管脚的输出频率, 地址0EH和0FH分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、日报警寄存器, 编码格式为BCD, 星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码。

2 系统软件设计

2.1 程序流程图

如图3所示。

2.2 子程序

2.2.1 键盘输入子程序

根据键盘输入技术指标以及HD7279芯片的工作特性, 选择W78E058的P2.1、P2.2、P2.3、P3.3为命令控制输出口分别连接HD7279的DATA、CLK、CS和KEY引脚。

(1) 控制指令说明

HD7279A的控制指令分为二大类——纯指令和带有数据的指令。由于本次只是利用HD7279A构成键盘用LCD显示, 而不需要用段数码管显示, 因此设计中用到的HD7279A的控制指令只有复位 (A4H) 和读键盘 (15H) 指令。

(1) 复位指令 (A4H) :当HD7279A收到该指令后, 将所有的显示清除, 所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起消除。执行该指令后, 芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。

(2) 读键盘指令 (15H) :该指令从HD7279A读出当前的按键代码。与复位指令不同, 此命令的前一个字节15H为微控制器传送到H D7279A的指令, 而后一个字节d0—d7则为H D7279A返回的按键代码, 本次采用4×4键盘, 则各键键盘代码分别定义为00H—0FH。此指令的前半段, HD7279A的DATA引脚处于高阻输入状态, 以接受来自微处理器的指令;在指令的后半段, DATA引脚从输入状态转为输出状态, 输出键盘代码的值。

(3) HD7279A采用串行方式与微处理器通讯, 串行数据从DATA引脚送入芯片, 并由CLK端同步。当片选信号变为低电平后, DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279A的缓冲寄存器。当HD7279A检测到有效的按键时, KE Y引脚从高电平变为低电平, 并一直保持到按键结束。在此期间, 如果HD7279A接收到“读键盘数据指令”, 则输出当前按键的键盘代码;如果在收到“读键盘指令”时没有有效按键, HD7279A将输出FFH。另外, 由于HD72 79A芯片内部含有去抖动电路, 软件编程时不需要键盘的消抖动程序, 而且HD7279A的控制指令也使得软件编程更简单。

(2) 读取键盘程序设计

根据对整个系统的输入按键的功能分析, 设计14个按键功能如下。

(1) 10个数字键:S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9。

(2) 6个功能键 (退出键、确认键、方向上、方向下键、方向左键、方向右键) :S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16。

读键盘数据指令 (15H) , 宽度为16个BIT, 前8个为微处理器发送到HD7279A的指令, 后8个BIT为HD7279A返回的键盘代码。执行此指令时, HD7279A的DATA端在第9个CLK脉冲的上升沿变为输出状态, 并与第16个脉冲的下降沿恢复为输入状态, 等待接收下一个指令。如图4即为读键盘指令的时序图。

通过分析HD7279A控制指令 (CS、CLK、DATA、KEY) , 以及读键盘指令的时序图, 设计读取键盘获得键值的程序流程图如图5所示。

2.2.2 时钟子程序

根据技术指标以及PCF8563芯片的工作特性, 选择W78E058的P3.0、P3.1为命令控制输出口分别PCF8563连接的VSDA和VSCL引脚。

工作时通过I2C总线的虚拟技术, 在使用虚拟I2C总线时有一个通用的傻瓜化界面, 一个主方式下的虚拟I2C总线通用软件包VIIC并在VICC基础上给出了归一化操作命令, 使用虚拟I2C总线时装入VIIC软件包后在应用程序设计中只须使用三条归一化操作命令。

3 系统的改进

本系统只有对可燃气体检测, 并通过单片机进行相应的处理:指示灯亮、语音提示等。而对自动拨号的只是采用模拟, 通过一些调查用继电器拨号十分的不可靠, 对方是否有应答等一系列问题都没有办法解决。

参考文献

[1]华邦78E58B单片机中文资料[EB/OL].http://www.doc88.com/p-90791643053.html.

[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2004.

[3]王宁宁.微型计算机原理与接口技术[M].北京:国防工业出版社, 2009.

[4]贾石峰.传感器原理与传感器技术[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[5]傅丰林.模拟电子线路基础[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2001.

可燃性气体 篇5

4.12.1 切断可燃气体报警控制器的所有外部控制连线，将任一回路与控制器相连接后，接通电源，

4.12.2 控制器应按现行国家标准《可燃气体报警控制器技术要求及试验方法》GB16808 的有关要求进行下列功能试验，并应满足标准要求。

1 自检功能和操作级别。

2 控制器与探测器之间的连线断路和短路时，控制器应在100s 内发出故障信号。

3 在故障状态下，使任一非故障探测器发出报警信号，控制器应在1min 内发出报警信号，并应记录报警时间；再使其他探测器发出报警信号，检查控制器的再次报警功能。

4 消音和复位功能，

5 控制器与备用电源之间的连线断路和短路时，控制器应在100s 内发出故障信号。

6 高限报警或低、高两段报警功能。

7 报警设定值的显示功能。

8 控制器最大负载功能，使至少4 只可燃气体探测器同时处于报警状态（探测器总数少于4 只时，使所有探测器均处于报警状态）。

9 主、备电源的自动转换功能，并在备电工作状态下重复本条第8 款的检查。

检查数量：全数检查。

检验方法：观察检查、仪表测量。

4.12.3 依次将其他回路与可燃气体报警控制器相连接重复本规范第4.12.2 条的检查。

检查数量：全数检查。

检验方法：观察检查、仪表测量。

可燃性气体 篇6

在工程应用中,往往需要改变预混合可燃性气体的初始压力并在小环境密闭空间下燃烧乃至爆炸以达到某些特定的效果,例如利用热能去除毛刺、高空飞行器的燃烧室等。初始压力的变化会影响到预混合可燃性气体的化学反应速率、增加燃烧或爆炸的强度,缩小燃烧室的体积。因此,研究小环境密闭空间初始压力对预混合可燃性气体燃烧过程的影响在工程应用中具有很重要的实际意义[1]。

本文利用CFD(计算流体动力学)方法,采用成熟的气体爆炸软件AutoReaGas在不同初始压力条件下的小环境密闭空间预混合可燃性气体爆炸的影响进行了数值模拟,以期对小环境密闭空间预混合可燃性气体燃烧爆炸理论研究有所帮助,为实际的工程应用提供有益的启示和参考[2,3,4,5]。

1控制方程

预混合可燃性气体爆炸在数学模拟为有粘性完全气体的受热膨胀。气体动力学可用质量、动量和能量守恒方程来表示。在笛卡尔张量形式可表示如下[6,7]:

质量守恒方程

undefined (1)

动量守恒方程

undefined (2)

能量守恒方程

undefined

燃料组分守恒方程

undefined

湍流用k-ε模型来描述。

湍流动能方程

undefined

湍流动能耗散率方程

undefined

undefined

湍流燃烧模型

undefined

式中:RC为燃烧反应率,kg/m3/s;St为湍流燃烧速度;Ct为湍流模拟常数;Dfu为燃料组分的湍流扩散系数;ρ为密度,kg/m3;ui为i坐标轴方向上的流体速度,m/s;p为静压,Pa;k为湍流动能,J;E为能量,J;ε为湍流动能的耗散率;ut为湍流黏性系数,m2/s;mfu为燃料质量分数;Rfu为体积燃烧速率,m3/s;Γ为输运特性的湍流耗散数;T为温度;σ为输运特性的湍流普朗特数;δij为克罗内克算子;t为时间,s;i,j为坐标方向;C1,C2为常数。

2小环境约束空间可燃性气体爆轰的仿真模拟

模拟的小环境密闭空间尺寸为0.2m×0.15m×0.3m,形状为长方形。可燃性气体为氢气—空气的预混合物,氢气体积浓度为30%。为测得爆炸过程特征参数沿长方形空间的中心轴依次布置6个观测点,每隔0.05m一个,第一个观测点坐标为(0.1,0.075,0.04)。起爆点坐标为(0.1,0.075,0)。将此长方形密闭空间在x,y,z方向分别划分40,30,60个网格,网格总数为72000。小环境密闭空间的尺寸、观测点、起爆点、网格的数值模型图如图1所示。

计算试验中只考虑一种环境条件对预混合的氢气—空气爆炸传播的影响规律:初始压力的变化[8,9]。分别模拟了在相同条件下初始压力为1个标准大气压、2个标准大气压、3个标准大气压、4个标准大气压、5个标准大气压下各个观测点的超压、密度、温度、速度的变化规律。

3仿真模拟结果分析

3.1初始压力对预混合气体爆炸超压和密度的影响

图2为观测点6在5种初始大气压下超压—时间的变化曲线。图3为观测点6在5种初始大气压下密度—时间的变化曲线。图4为初始压力—超压的线性图。

由图2可以看出初始压力对爆炸超压有着明显的影响,随着初始压力的增加,爆炸超压也有着明显的升高。这是因为预混合可燃性气体爆炸产生的超压与初始压力、温度、浓度、可预混合气体的组分、容器等因素有关。随着初始压力的升高,反应物氢气的体积浓度不变,导致反应物氢气和空气的密度增加。由图3可知,在反应前每增加1个标准大气压的初始压力混合气体密度就增加0.9 kg/m3,而反应物的密度会影响化学反应速度的大小,从而影响到爆炸超压。由图4可知,初始压力的升高对爆炸超压的影响是呈近似的线性关系。在此次氢氧混合浓度为30%的条件下初始压力每增加1个标准大气压爆炸超压增加约为0.65MPa,这也很好的验证了爆炸超压Pm与初始压力Pi的关系式undefined。

3.2初始压力对预混合气体爆炸温度、速度的影响

图5为观测点6在5种初始大气压下温度—时间的变化曲线。图6为观测点6在5种初始大气压下沿z轴方向的速度—时间的变化曲线。

由图4、图5可以看出初始压力的变化对爆炸产生温度和冲击波速度没有明显的影响,不同初始压力下观测点6的温度—时间、沿z轴方向的速度—时间的变化曲线基本是重合的。这是因为此燃烧爆炸室模型为一个绝热模型,燃烧产生的全部热量全部都用来加热燃烧产物。虽然氢气的密度随着初始压力的增加而增大,但相应的空气密度也有所增加,浓度保持不变,导致预混合可燃性气体温度不随着初始压力的变化而变化。同理,当温度一定时,燃烧产物的压力和密度均增大,导致爆轰波波速不随着初始压力的增加而变化[11]。

4结论

(1)在相同的小环境密闭空间下初始压力的增加爆炸产生的超压则越大,并且在1个标准大气压到5个标准大气压下呈近似的线性关系,在此次氢氧混合浓度为30%的条件下初始压力每增加1个标准大气压爆炸超压增加约为0.65MPa。

(2)初始压力的变化对混合气体密度有着重要的影响,在反应前,氢氧混合浓度为30%的条件下每增加1个标准大气压的初始压力混合气体密度增加0.9kg/m3。

(3)初始压力的改变对爆炸产生的温度和冲击波的速度没有明显的影响。

(4)运用成熟的气体爆炸软件AutoReaGas定量研究了小环境密闭空间的初始压力对预混合可燃性气体爆炸产生的超压、密度、速度、温度的影响并进行了分析,取得的结果可为今后的工程应用提供一定的指导。

参考文献

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[10]张英华,黄志安.燃烧与爆炸学[M].北京:冶金工业出版社,2010

可燃性气体 篇7

1 吸收光谱式双波段四探测器原理分析

吸收光谱式双波段四探测器检测可燃气体是对双波段双探测器检测可燃气体方法的改进。

红外光经过可燃性气体时，反映其浓度的透射比τa符合朗伯一比尔(1ambert—beer)定律：

式中Ii是入射光强，Io是出射光强，μ是与可燃性气体浓度有关的吸收系数，L是光线在气体中通过的光程。在混合气体中，各种气体的吸收光谱互相独立，通过对光能透射量的测量，加上已知的光程L，既可得到气体浓度。

吸收光谱式双波段四探测器检测可燃气体原理如图1所示。已知可燃气体一氧化碳吸收红外光波长峰值为4.7μm、甲烷吸收峰值为1.3μm，利用镍铬丝搀入少量稀土元素制成的红外光源。在2～25μm光谱范围内有比较均匀的出射光谱分布;采用的钽酸锂热释电探测器其响应的光谱带宽较宽。故有如下认定成立：1)红外光源中含有待侧可燃气体吸收峰值的波长λ1(测量波长)和可燃气体吸收峰值的带宽外波长λ2(参比波长);2)红外探测器对测量波长λ1和参比波长λ2其的响应度基本相同。

设探测器1、2、3、4的响应度分别为K1、K2、K3、K4，被测气体的透射比为τa，气室的透射比为τ0。光源A与光源B以80Hz频率交替发出红外光，光强分别为IA和IB。

探测器1前置测量波长λ1滤光片，交替的接收光源A反射的和光源B发出的穿过测试室的测量波长λ1探测器1对收光源A和光源B产生的输出电压信号分别为：

探测器2前置参比波长λ2滤光片，交替的接收光源A反射的和光源B发出的穿过测试室的参比波长λ2。由于参比波长λ2在待测气体吸收峰外，探测器2对光源A和光源B产生的输出电压信号分别为：

同理，探测器3前置测量波长λ1滤光片、探测器4前置参比波长λ2滤光片它们对光源A和光源B产生的输出电压信号分别为：

考察(2)、(3)、(4)、(5)式得：

可见透射比τa与光源辐射强度和探测器响应度无关。与双波段双探测器相比这种双波段四探测器更好的减少了环境、光强度和探测灵敏度波动对测量的影响。

算出τa后，由朗伯一比尔 (1ambert—beer) 定律得出可燃性气体的浓度。

2 补偿法微变探测信号放大电路

探测器输出的反应可燃气体浓度的信号是微弱缓慢变化的，在对其采样之前要进行放大和低通滤波，以供A/D转换使用。对滤波部分本文不作赘述，着重讨论对探测器输出的微变信号放大电路。

探测器输出信号u:

UQ是探测器的等效静态工作点，即在一定温度、压力下无探测可燃性气体时的输出，△u是存在探测可燃性气体时探测器输出的微变信号。考虑到探测器输出的微变信号具有直流性质，不能采用电容隔直的方法对其分离，UQ的漂移也可能掩盖微变信号△u，为此笔者采用如图2所示的补偿法放大探测器输出的微变信号。

测试时放两个相同的测试箱：测试箱A、补偿测试箱B。补偿测试箱B的结构与测试箱A结构相同，只是其探测器1, 3前均放置参比波长的窄带虑光片，各探测器信号均为零。测试箱A、补偿测试箱B的静态输出信号UQ相同(如有偏差可以微调.)，其漂移也应相同。运算放大器的输出电压uo:

运算放大器输出uo只与探测器输出的微变信号△u有关：

测试箱A、补偿测试箱B共有8个探测器16种信号输出，可以采用电子开关，由一个放大器实现放大，信号由软件识别。

3 软件滤波、补偿

3.1 去极值移动平滑法软件滤波

在实现对探测器输出的微变信号放大的过程中，虽然有模拟滤波器抑制干扰，但为了更有效地抑制环境变化对测量精度的影响，可在微处理器中采用去极值移动平滑法进行软件滤波。即对探测器输出的微变信号经过A/D转换后的数字量选择一个具有一定宽度的窗口，窗口内有连续的n个采样点数据，n一般取2i+2 (i自然数)。窗口内的数据采取先进先出的原则，第j点的数据值xj为第j个窗口的连续n次采样值去掉最大值Xjmax和Xjmin最小值后的平均值

即：

去极值移动平滑法消除了数据随机的突然变化对测量结果的影响，既能滤除脉冲干扰，又能平滑滤波，提高了测量精度。

3.2 软件对温度与压力的补偿

由于可燃性气体传感器工作时受温度、压力影响较大，因此应采取补偿措施。对温度的补偿采用线性插值的方法：先将标准温度下的可燃性气体准确浓度值存贮在MCU内，将测得的温度结果，按线性插值法确定对应温度值下的可燃气体浓度(为此可采用内置温度传感器的MCU，如MSP430F149)。对压力的补偿：把测得标准压力下的准确可燃性气体浓度，转换为相应的修正系数，按线性插值法确定对应压力值下的可燃性气体浓度。

使用这种补偿方法需要做大量的实验才能测得标准值，同时，在软件设计时，需要开辟大量的存贮单元存贮这些标准浓度数据。为弥补其不足笔者正尝试采用人工神经网络建立更为准确和有效的红外传感器数学模型，将传感器的输出电信号和工作环境温度、压力等参数与可燃性气体浓度，一一对应起来，选择适当的算法，获取足够的样本数据进行网络权值等参数的训练，来消除温度、压力、噪声、电源波动等各种非目标参量的影响，以提高测量精度。

4 结语

基于吸收光谱式双波段四探测器配以软硬件的补偿等措施组成的可燃性气体检测装置，为工矿安全生产中可燃气体浓度的监测与定量分析提供了一种较理想的设备。如文中所述由于钽酸锂热释电探测器响应的光谱带宽较宽，因此，只须更换探测器系统中的窄带测量波长滤光片，即可将该装置用于其它多种气体浓度的测量，具有较好的应用前景。

摘要：吸收光谱式双波段四探测器检测可燃性气体浓度原理;利用补偿法分离探测器输出的微弱、微变信号, 抵消探测电路的工作点漂移;采用去极值软件滤波和对环境因素进行补偿等措施始以减少环境条件变化、探测光强度和探测器响应度不稳定因素等影响, 提高对可燃性气体检测精度。

关键词：吸收光谱,可燃气体,微变信号放大

参考文献

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[2]施德恒等.利用红外光谱吸收原理的CO浓度测量装置研究[J].光学技术, 2001.

可燃性气体 篇8

下面以GB50493-2009为设计依据,介绍石化装置中可燃和有毒气体检测设计。

1 检测器的选型

1.1 可燃气体及其检测

石化装置中存在的常见的可燃气体为烃类可燃气体和氢气。烃类可燃气体可选用催化燃烧型和红外气体检(探)测器,氢气的检测可选用热传导型检(探)测器或半导体型检(探)测器或专用的催化燃烧型氢气检(探)测器,因为一般检测可燃气体的催化燃烧方式的检(探)测器对氢气有引爆性。

1.2 有毒气体及其检测

与可燃气体燃烧爆炸事故相比,有毒有害气体事故还没有受到人们的足够重视,在国家标准未实行之前,设计单位普遍采用的SH3063-1999规范中的有毒气体系包括硫化氢、氰化氢、氯气、一氧化碳、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烯。在GB50493-2009规范中有毒气体的范围是《高毒物品目录》(2003年版)中确定的31种气体和蒸气(不包括粉尘类、烟类和焦炉逸散物),常见的有:二氧化氮、硫化氢、苯、氰化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气(碳酰氯)等。

石化装置中常见的有毒气体有硫化氢、氯气、氨气及苯等。按GB50493-2009,对氨气和苯蒸汽都要进行有毒气体的检测而不是作为可燃气体。硫化氢、氯气、氨气检测可选用电化学型或半导体型检(探)测器;经特殊处理的金属氧化物半导体(MOS)传感器,具有无货架寿命,无交叉反应,选择性好,使用寿命长的特点,寿命一般在3～4年,但现场断电时,需对探头进行保护,否则易受环境湿度影响,造成探头寿命缩短。电化学传感器工艺成熟,价格适中,受环境湿度影响小,但电化学特定气体传感器容易中毒,易被高浓度待测物质损坏,需经常校准,寿命相对短一些(寿命取决于其中电解液的干涸,所以如果长时间不用,将其密封放在较低温度的环境中可以延长一定的使用寿命),一般在1～3年。苯蒸汽可选用半导体型或光致电离型检(探)测器。从现在的现场使用情况看,优选光致电离检测器(PID)。

总之,各种类型的检测器有各自的优点和缺点,有毒气体检(探)测器的选用更应综合考虑气体的物性、腐蚀性、检(探)测器的适应性、稳定性、可靠性、检测精度、环境特性及使用寿命等,并根据检(探)测器安装场所中的各种气体成份的交叉反应得的情况和制造厂提供的仪表抗交叉影响的性能,选择合适的检(探)测器。

2 检测器的配置与安装

可燃气体和有毒气体检(探)测器的检(探)测点,应根据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件,选择气体易于积累和便于采样检测之处布置。GB50493-2009中对各种场所都做了详尽的规定,此处不再赘述。

3 相关认证

GB50493-2009第3.0.6条规定,可燃气体检(探)测器必须取得国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证。第3.0.7条规定国家法规有要求的有毒气体检(探)测器必须取得国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证。防爆型有毒气体检(探)测器还应经国家指定机构或其授权检验单位的防爆性能认证。需要说明的是,目前《强制检定的工作计量器具目录》中所列的必须经国家计量器具制造认证的有毒气体检测器只有二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等几种产品。对于苯类有毒气体可放宽计量器具制造认证。

4 报警系统设置

GB50493-2009第3.0.9条“可燃气体和有毒气体检测报警系统宜独立设置”,以保证当生产过程控制系统出现故障或处于检修状态时,可燃气体及有毒气体检测报警系统应能保持正常工作状态。标准根据目前石油化工可燃气体和有毒气体检测报警系统设置现状和运行情况,以及结合石油化工装置生产规模和特点,在第5.3.2条确定指示报警设备设置几种方式,详见标准。现在大型炼厂可燃气体和有毒气体检测系统通常独立设置(简称GDS或GS)或与火灾检测报警系统合并设置,称为火气系统(简称F&GS)。把检测信号直接引入DCS的做法,往往在项目投资紧张时采用,此时I/O卡件应独立设置。

5 量程及报警值设定

可燃气体的测量范围:0～100%LEL;有毒气体的测量范围宜为0～300%MAC或0～300%;当现有检(探)测器的测量范围不能满足上述要求时,有毒气体的测量范围可为0～30%IDLH;其中,MAC、PC-STEL、IDLH定义均为GB50493-2009中浓度术语,浓度单位,mg/m3。实际使用中,常用有毒气体浓度用体积ppm表示,即一百万分气体总体积中,该气体所占的体积分数。两种单位换算关系为:

p为检测气体密度,单位:Kg/m3

在附录B中查到常见有毒气体的MAC、PC-STEL、IDLH及ρ等特性值,注意此处给出的密度为相对密度,在计算时应用相对密度乘以标准状态下空气的密度1.293。

GB50493-2009第3.0.2条“可燃气体和有毒气体的检测系统应采用两级报警。”SH3063-1999中未做强制要求。可燃气体一级报警(高限)设定值小于或等于25%LEL;二级报警(高高限)设定值小于或等于50%LEL。有毒气体的报警设定值宜小于或等于100%MAC/PC-STEL,当试验用标准气调制困难时,报警设定值可为200%MAC/PC-STEL以下。当现有检(探)测器的测量范围不能满足测量要求时,有毒气体的测量范围可为0～30%IDLH;有毒气体的报警(高高限)设定值不得超过10%IDLH值。标准中未明确表明有毒气体两级报警的设定值,通常在仪表制造技术可以达到情况下,将一级报警的设定值为小于或等于25%的测量范围;二级报警的设定值为小于或等于50%的测量范围。或根据国内外的使用经验设定。

6 结语

该标准统一规范了石化行业可燃气体和有毒气体检测报警设计水平,展现了国内石油化工行业可燃气体和有毒气体检测报警设计水平,具有可操作性。解决了石油化工建设项目的可燃气体和有毒气体检测报警系统的工程设计中存在的实际问题,方便了石油化工建设项目的可燃气体和有毒气体检测报警系统的工程设计。

摘要：根据国家标准规范,阐述石化装置中可燃气体和有毒气体报警系统的设计,并指出检测器选型及系统设置要注意的问题。

关键词：可燃气体,有毒气体,检测

参考文献

[1]GB50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范.北京:

可燃性气体 篇9

1 气体传感器的分类及应用

气体传感器种类繁多, 分类方法目前尚无统一标准。根据气敏特性分类, 主要分为半导体式、固体电解质式、电化学式等几类。

(1) 半导体式气体传感器

自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来, 半导体气体传感器由于具有灵敏度高、响应时间快等优点, 其产品发展非常迅速, 按检测不同气敏特征量的方式可分为电阻式和非电阻式2种。

电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器, 其电阻随着气体含量不同而变化。非电阻式半导体气体传感器MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管, 其电流或电压随着气体含量而变化, 主要检测可燃性气体。此类气体传感器的主要优点是灵敏度高, 但制作工艺比较复杂、成本高。

(2) 固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。20世纪70年代开始, 固体电解质气体传感器由于电导率高, 灵敏度和选择性好, 获得了迅速的发展, 目前环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域均有应用, 仅次于金属氧化物半导体气体传感器。

(3) 电化学式气体传感器

电化学式气体传感器可分为原电池式, 定电位电解式、电量式, 离子电极式4种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的浓度。定电位式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的浓度, 和原电池式不同的是, 他需要由外界施加特定电压, 他除了能检测CO, NO, NO2, O2, SO2等气体外, 还能检测血液中的氧浓度。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的浓度。离子电极式气体传感器出现得较早, 通过测量离子极化电流来检测气体的浓度。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高, 选择性好。

2 可燃性气体监测报警仪硬件电路设计

(1) 可燃性气体监测报警仪方案设计

可燃性气体监测报警仪是由可燃性气体传感器、信号处理电路、A/D转换电路、ADμC812型单片机、显示电路、设置按键、信号输出电路和应用系统软件等组成。其系统设计框图如图1所示:

ADμC812单片机是美国AD公司推出的一种新型单片机, 他是AD公司多年生产A/D, D/A转换器的经验和成熟的51单片机技术结合在一起的高性能微转换器, 其性价比高, 是一个完全可编程、自校准、高精度, 全集成的12位模拟数据采集系统。系统由模拟多路开关、温度传感器、采样保持电路 (T/H) , 8通道12位单电源逐次逼近ADC, 2个12位DAC, ADC至RAM捕获DMA控制器以及可编程的8位MCU (与51兼容) 等组成, ADμC812单片机数据采集电路自身不需要51单片机内核的过多干预, 设定转换时间标准、基准电压和最小化数字噪声的工作都被自动完成, 达到数据检测与控制的高效性与精确性。

(2) 信号放大电路设计

由于此设计所用的气体传感器是感应可燃性气体浓度的变化, 并将其浓度转化为微弱的电流信号。所以必须采用专用的信号放大电路, 并且对电路的要求非常严格。否则, 将无法精确的检测可燃性气体浓度并进行准确报警。其信号放大电路如图2所示。

这是一款用于三电极可燃性气体传感器的信号放大电路。所用的3个电极分别是:工作电极 (S) 、对电极 (C) 、参考电极 (R) 。从传感器电极端子出来后的电压经过稳压管稳压, 并将此电压作为一个基准, 这就相当于一个“电桥”。当空气中CO的浓度稍有变化便会影响这个“电桥”的变化, 从而传感器就会很快感应到气体浓度的变化, 从传感器出来的信号通过差动放大电路进行放大并输出其浓度值。

(3) 电源部分电路设计

单片机及外围所连接的芯片工作电压要求为是+5 V或+9 V, 这里先将220 V的电压通过交流到直流的转换器转换到+9 V, 再将+9 V的电压通过稳压器稳压到+5 V。然后, 根据单片机和其外围芯片所需进行供电。考虑电源部分的抗干扰的问题, 有必要加上光电隔离, 以防止影响整个仪器的正常工作。其主体电路的原理图如图3所示:

(4) 显示和按键电路设计

可燃性气体监测报警仪的显示电路可采用LED或LCD进行显示, 这里采用串并转换芯片74LS164 与数码管LED进行显示。其中, 串行接口芯片74LS164 为移位寄存器, 分别用6个数字7段的LED静态显示驱动器和接口, 而74LS164 时钟输入的CLK 接低电平有效的片选信号。每次输出待显示数字的7段编码的其中1段编码值, 送8 次可在LED上显示1位数字。其电路连接如图4所示, 此外, 设计中所用的按键电路是通过按键和上拉电阻构成, 如图5所示。

(5) 报警功能电路设计

当可燃性气体浓度达到报警点时, 为了使操作人员不致忽视, 以便及时采取措施, 通常有2种方法:闪光报警, 因为闪动的指示灯更能提醒人们注意;鸣音报警, 发出特定的鸣音, 作用于人的听觉器官, 易于引起和加强警觉。以上这2种报警统称声光报警。其控制电路原理如图6所示。

本设计通过2个红色的LED发光二极管和1个蜂鸣器进行报警。其中2个红色的LED分别代表一级报警和二级报警。输出报警电路是通过对继电器的控制来控制蜂鸣器进行报警。要求继电器的控制电压为5 V, 被控制电压为220 V。

(6) 其他电路设计

除了以上所必须的电路外, 还应该与一部分电路相配合才能使ADμC812单片机正常工作。如复位电路、时钟电路、发光二极管驱动电路、下载跳线以及上拉电阻等。

(7) 串行通信电路

串行通信是单片机与PC机进行通讯所必须的环节。ADμC812单片机片内含有1个全双工的串行接口, 在串行通讯中采用RS 232C标准。RS 232C标准的电平采用负逻辑, 规定+ 3～+15 V之间的任意电平为逻辑“0”电平, -3～-15 V之间的任意电平为逻辑“1”电平, 与TTL和CMOS电平不同。在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或CMOS电平, 所以在通信时, 必须进行电平转换, 以便与RS 232C标准的电平匹配, MAX 232芯片可以完成电平转换。其硬件电路如图7所示。

3 可燃性气体监测报警仪的软件设计

软件设计可采用单片机C语言设计, 总程序设计包括:A/D转换模块设计、显示模块设计、按键设置模块设计等。其流程图如图8所示:

4 结 语

可燃性气体监测报警仪虽然用途非常广泛, 但是其精度也受到各方面因素的制约。最主要的是报警仪标定, 这是一项复杂的工作, 直接影响着报警仪的测量精度。如果没有进行精确的标定, 其将直接影响仪器的正常工作。

参考文献

[1]张洪润, 张亚凡.传感技术与实验[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]单成祥.传感器的理论与设计基础及应用[M].北京:国防工业出版社, 1999.

[3]张国雄, 金篆芷.测控电路[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[4]何立民.单片机高级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1999.

[5]李刚.ADμC8XX系列单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[6]ADμC812-SPECIFICATIONS[EB/OL].http://www.ana-log.com, Analog Devices, Inc.1999.

谈可燃气体报警器的校正 篇10

关键词：可燃气体,报警器,校正

1 常用术语

气体传感器是一种可以检测气体分子, 并产生电信号的传感器, 所产生的电信号与气体浓度呈正比增长关系。与其它类型的测量方法不同, 这些方法相对较为简单, 主要测量电压、温度及湿度, 由于存在上百种不同的气体, 而这些气体存在的场合也是多种多样, 且每一种场合均必须实施一套独特的要求, 因此对气体的测量更为复杂。例如, 某些应用场合可能要求检测某种特定气体, 而滤除来自其它背景气的读数。与此相反, 其它应用场合可能要求获得该区域存在的每种气体浓度的量化值。迄今为止, 尚没有任何一种气体传感器对某种单一气体具有百分之百的选择性。下面先简要说明一下有关气体报警器的常用术语:

(1) 闪点 (Fl.P) :可燃液体释放出足量蒸汽, 当液体表面出现空气时形成可燃混合物的温度。也就是说, 在该温度下, 可燃液态化学物质在空气的局部压强足以将其点燃。从化学图书馆或该化学物制造商处可以查到该化学物质的局部压强曲线。

(2) 爆炸下限 (LEL) 或燃烧下限 (LEL) :气体或蒸汽与空气混合 (以体积百分比表示, 室温) , 与火燃接触后导致火焰传播的最低浓度。从一般术语学来看, 低于LEL或LFL的混合物均因过于稀薄而不会燃烧。

(3) 爆炸上限 (UEL) 或燃烧上限 (UFL) :气体或蒸汽与空气混合 (以体积百分比表示, 室温) , 与火燃接触后导致火焰传播的最高浓度。从一般术语学来看, 低于LEL或LFL的混合物均因过于浓厚而不会燃烧。因此, 气体燃烧范围介于LEL及UEL之间。

(4) 专一性或选择性:这是某种仪器检测目标气体而不受其它干扰气体影响的能力。多数传感器只对某一系列的气体敏感, 没有哪种传感器只对一种气体敏感。电化传感器是专一性比较强的传感器, 用于检测氧气。为达到一定程序的选择性以满足实际应用场合的要求, 人们采用了各种不同的技术。例如, 用炭滤器滤除绝大多数碳氢化合物, 而只允许CO、H2及CH4通过。在固态传感器中, 可以对传感器的表面温度进行不同设定, 从而使传感器对一种气体更为敏感, 而降低对另一种气体的敏感性。

(5) 干扰比:如前所述, 传感器不会只对某种单一气体具有选择性, 它还会识别其它气体。因此, 气体监测器制造商通常会提供各种数据, 用于说明传感器会识别的不同气体的比率。例如, 在100ppm一氧化碳传感器上, 氢气的可能按3∶1的比率被识别, 这表示3ppm氢和1ppm一氧化碳一样会被识别。在许多情况下, 即使声称某种气体不会产生干扰, 如果该种气体的浓度足够高, 它实际上还是会产生干扰作用。

气体传感器需要进行校正和定期检查, 以确保传感器的精度和系统的完整性。安装静态传感器时, 其安装位置必须便于执行校正。传感器不同, 校正的时间间隔也不同。一般而言, 传感器的制造商会推荐校正的时间间隔。然而, 在安装的头30天内通常应对传感器进行更为频繁的检查。在这个阶段期间, 用户可以观察传感器与新环境的适应情况。而且, 可能会出现设计系统时未曾考虑到的因素, 这些因素可能影响传感器的性能。如果传感器连续30天正常运行, 则说明系统安装成功。用户在这段时间内可以查找并纠正任何可能出现的问题。经验表明, 在初装后30天内运行的传感器很有可能在预期的时间段内都可正常运行。大多数问题都会在这个阶段浮现出来, 例如传感器位置不当、其它气体的干扰或丧失敏感性。

气体传感器的校正涉及两个步骤。首先必须设置“零值”, 然后必须校正“跨距”。

2 设定“零值”读数

定义零值空气没有任何现成的标准。许多分析步骤, 包括某些特定的分析仪器的步骤都使用纯氮或纯合成空气来确定零点。其原因在于瓶装氮气和合成空气随处可得。但是, 正常空气除氮气和氧气外, 还包括不同的微量气体。而且, 环境空气一般还包含少量水蒸气。因此, 利用传感器周围空气 (如果认为该区域很清洁) 来为传感器调零更为实际和实用。这种参照点比较难确定。因此, 良好的参照点可能存在于空气始终被视为清洁的区域之中, 例如室内良好的通风处。由于这种参照点代表着当地的环境空气条件, 因此它可以更为实际地表现零点。缺少水蒸气可能导致零点设定点低于环境空气, 使传感器的零点看上去发生了偏移。这在固态传感器和光电离检测器中最为明显。

校正方法:必须考虑所有因素, 如传感器类型以及应用场合的状况等。以下是一些常用的校正方法。

(1) 在环境空气一般较为清洁的应用场合中, 如果操作人员认定不存在异常情况且仪器显示的读书接近零值, 则可以略过传感器调零这一步。如有疑问, 可以用塑料袋取来设施内认为是“清洁空气”的样品, 并使它与传感器接触几分钟。这是一种非常迅速和简单的步骤, 也是一种区分真实报警与虚假报警的非常有效的方法。

(2) 压缩空气的优势在于它易于调节而且可以用瓶子携带。而且, 在许多设施中, 整个工厂中都可以采集到车间空气, 使这种方法非常可行和方便。然而, 大多数车间气体都包含低浓度的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳, 并可能存在其它干扰气体。而且, 这种空气的湿度通常极低。解决该问题的办法之一是, 可以用活性炭对空气进行过滤, 从而清除大多数不想要的气体, 而利用采样系统中的加湿器可以增加这种空气中的水蒸气含量。经过这种调节后, 这种空气可用于校正大多数类型的传感器。然而, 碳滤器并不能清除一氧化碳。虽然合成空气一般很纯, 但它不能用于为固态传感器或光电离检测器调零, 因为这类传感器要求样品气流中包含一些水蒸气。解决这个问题的简单方法是在样品气体中增加一块湿纸巾, 它的作用相当于样品气流中的加湿器, 可以为传感器提供充分的水蒸气以便正确读数。另一个选择是使用Nafion管, Nafion是一种四氯乙烯 (通常也称为特氟隆) 和全氟代-3.6二恶-4-甲烷基-7-辛烷-硫酸的共聚物。这类特氟隆材料具有非常强的惰性, 耐化学物质, 而硫酸基具有极高的水化水作用。Nafion管的工作温度最高可达160℃, 并对化学物质具有很好的惰性, 从而可以长期稳定的工作。原理图如图1:

3 示值校正

示值校正, 从原则上讲, 要达到最佳的精度, 在背景环境空气中均衡的目标气体混合物是最理想的校正气体。以下说明几种常用的示值校正的方法。

(1) 预混校正气体

这是校正气体传感器的首选方法, 也是最常见方法。预混气体混合物经过压缩后在一定压力下贮藏于气体瓶中。许多气体可以和空气预混并加贮藏, 但有些气体只能与惰性背景气体混合。一般来说, 低反应性的高蒸汽压力气体 (如甲烷、一氧化碳、二氧化碳) 可以与空气混合并高压贮藏。而低蒸汽压力的气体 (如液态碳氢化合物) 只能与空气混合并低压贮藏。大多数高反应性的化学物质可以氮气混合。对于某些传感器, 例如固态传感器, 气体混合物是在空气中还是在氮气中。这种区别会极大影响传感器的读数。

使用中要估计储气瓶中加压气体的体积 (Vmix) , 可以将总压力 (P) 除以大气压力 (Pa) , 并将所得的比率乘以储气瓶的容积 (V) , 如下所示:Vmix=V· (P/Pa)

(2) 交叉校正

交叉校正的原理是每个传感器都会受到其他气体的干扰。例如, 对于校正为100%LEL己烷的传感器, 使用50%LEL甲烷气体来校正传感器通常比使用实际己烷混合物要容易的多。其原因在于己烷在室温下为液态, 且其蒸汽压力较低, 因此很难制作精确的混合物并在高压下贮藏。与此相反, 甲烷具有很高的蒸汽压力, 且非常稳定。而且, 它可以与空气混合, 且仍可以在高压下贮藏。与装在同样尺寸的瓶子中的己烷混合物相比, 甲烷可以校正的次数更多, 贮藏时间更长。其中具体的替代校正方法有两种。第一种方法是将仪器校正为甲烷, 同时将甲烷读数乘以使用手册中包含的响应系数, 从而得出其它气体的读数。催化传感器通常使用这种方法。催化传感器具有线性输出, 因此使用这种响应系数适用于满刻度范围。例如, 当传感器校正为甲烷时, 戊烷的输出只有甲烷气体的一半。因此它的响应系数为0.5。因此, 如果仪器校正为甲烷, 使用于测量戊烷, 必须将读数乘以0.5才能得出戊烷的读数。第二种方法仍使用甲烷作为校正气体, 但需要将校正读数翻倍。例如, 使用50%LEL甲烷校正气体, 并作为100%LEL戊烷进行校正, 则在校正之后, 虽然使用甲烷进行校正, 但仪器会直接显示戊烷的气体浓度。然而, 使用交叉校正也存在若干问题。其中一个问题是每种传感器的响应系数可能不同, 因为大多数传感器通常都不可能制造得一摸一样。例如, 在催化传感器中, 加热器电压必须以手册指定的电压为准。否则, 响应系数可能不适用。加热器电压的设定值不同, 其响应特性也不同。因此, 尽量使用实际目标气体定期检查传感器的校正最为妥当。

总而言之, 对于气体报警器的校正, 精度并非极为重要, 因为它们不是分析设备或分析系统, 它们只是人们用于日常生产、生活的气体检测设备, 是对一定环境当中危害气体的预警系统。因此, 我们必须根据不同的环境、不同的设备, 运用最合适的方法对报警器进行校正。而且, 校正方法必须标准化以及可以跟踪的, 这样方便日后随时进行数据处理及标准化管理。

参考文献

[1]周俊彦.危险气体监测器选型、操作及应用指南[M].原英文出版社.

[2]张岩.传感器应用技术[M].福建科学技术出版社.