宋春福

（大慶中石油昆侖燃氣有限公司，黑龍江 大慶 163453）

新型通用式民用燃氣報警器的研究

宋春福

（大慶中石油昆侖燃氣有限公司，黑龍江 大慶 163453）

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)燃料，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈、易輸送等優(yōu)勢。但天然氣本身的燃點較低，在空氣中的濃度達到5%就會達到爆炸點，遇明火便會發(fā)生爆炸，造成嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失。為此，用戶在使用天然氣作為燃料時，都會懸掛能夠與電磁閥門聯(lián)動的可燃氣體報警器，以預防事故的發(fā)生。但現(xiàn)有的家用可燃氣體泄漏報警器種類繁多，穩(wěn)定性差，經(jīng)常誤報警，且一種報警器僅能連接幾種電磁閥門，無法做到通用。本文針對現(xiàn)有可燃氣體報警存在的不足，研究出一種新型通用式民用燃氣報警器，并通過實踐，體現(xiàn)出該系統(tǒng)的優(yōu)越性。

安全；通用；精準；遠程數(shù)據(jù)傳輸

1.設計思路

通過對大慶地區(qū)的民用燃氣戶內(nèi)設施進行調(diào)查，研究人員認為想要成功研制新型通用式燃氣報警器，需要從5個關(guān)鍵技術(shù)入手進行研究：

第一，工作電壓。各種電磁閥門所對應的燃氣報警器工作電壓不同，現(xiàn)階段有8V/12V/24V三種工作電壓，這意味著新型報警器必須可以分別輸出這3種工作電壓，且在每種電壓下都能夠令電磁閥穩(wěn)定工作。

第二，可更換傳感器。新型通用民用燃氣報警器要能夠更換傳感器以達到減少使用成本，延長報警器使用壽命的目的，且更換傳感器時操作步驟不能夠過于復雜，且更換傳感器后燃氣報警器的精度及工作穩(wěn)定性不能夠下降。

第三，接口通用。因為不同燃氣表所用電磁閥接口并不完全相同，新型民用報警器要能夠連接所有型號的電磁閥。

第四，體積控制。在實現(xiàn)通用功能的同時，新型通用民用燃氣報警器的體積不能夠有明顯的增大，要保持安裝簡單，小巧靈便等現(xiàn)有報警器所具備的優(yōu)點。

第五，成本控制。在增加新功能前提下，新型報警器的成本不能過高，如果超過現(xiàn)有燃氣報警器太多，將不利于大面積推廣。

第六，無線傳輸。新型報警器要能夠?qū)崿F(xiàn)信息無線傳輸。

2.主要研究內(nèi)容

2.1關(guān)鍵技術(shù)的解決方案

2.1.1不同工作電壓的解決方案

如果新型報警器想要做到通用，就需要先解決不同電磁閥所對應的不同工作電壓這一問題，所以在研制過程中，研究人員將解決工作電壓的問題放在了首位。為攻克這一難題，研究人員與燃氣報警器生產(chǎn)廠家結(jié)合，在新型報警器加裝電壓線圈，使新型民用燃氣報警器可以通過新加裝的電壓線圈輸出3種不同的工作電壓，以適應各種型號的電磁閥門。

2.1.2可拆卸傳感器的解決方案

為了解決現(xiàn)有可燃氣體報警器測量精度不高，針對性不強這一問題，研究人員在多款傳感器之間進行對比，最終選用日本根本公司生產(chǎn)的55A型傳感器。該傳感器針對天然氣探測進行了優(yōu)化，測量準確，且價格適中，不會大幅度提高生產(chǎn)成本。

在確定所選用傳感器后，研究人員設計了一塊小電路板，將傳感器焊接固定在該電路板上，形成傳感器單元，并設計成可拆卸結(jié)構(gòu)。在傳感器老化或損壞后，只需將原有傳感器單元拔出，更換上新的傳感器，燃氣報警器便可繼續(xù)正常使用，延長了非易損件的使用時間，降低了用戶的使用成本。

2.1.3不同插口的解決方案

如果想要燃氣報警器與電磁閥聯(lián)動，就必須讓報警器與電磁閥相連接。在解決了報警器工作電壓的問題之后，接下來研究人員著手解決報警器與電磁閥連接的問題。電磁閥與報警器的連接口存在多種型號，而且有的燃氣表電磁閥是內(nèi)置的，有的燃氣表為外置電磁閥。為此，研究人員通過對不同型號的電磁閥接頭進行統(tǒng)計，將所有種類的電磁閥接口歸類，然后設計出相應的可拆裝子母頭，在使用不同種類電磁閥時，只要找出相應的子頭插于母頭之上便可與電磁閥連接。

2.1.4體積與造價問題的解決方案

為了控制新型報警器的體積，研究人員采用外置萬能接線盒的方式，使新型報警器與現(xiàn)有報警器體積相當。在增加通用功能的同時，研究人員會盡量選用價格較低、體積較小的原件，這樣做不僅能夠降低單個報警器的體積，而且能夠有效地控制新型民用報警器的生產(chǎn)成本，使用戶能夠更加容易的接受。為了延長民用燃氣報警器的使用時間和降低報警器的使用成本，研究人員在研制新型民用報警器時將報警器中最易老化、損壞的傳感器部分設計為可拆卸模式，而更換傳感器的費用要遠遠低于更換整機，這樣一來用戶雖然初次購買新型報警器的費用提高了，但新型報警器在更換探頭的情況下，能夠安全平穩(wěn)的運行更長時間，單位時間內(nèi)的使用成本反而下降。

2.1.5實現(xiàn)信息無線傳輸

為了實現(xiàn)信息無線傳輸，研究人員在萬能接線盒上預留了一個無源觸點輸出接口。次接口可以連接無線傳輸模塊，在報警器探測到燃氣泄漏并發(fā)出報警時，向相應設備（手機、電腦等）發(fā)送報警信息，提示用戶家中燃氣設施存在異?，F(xiàn)象。

2.2系統(tǒng)設計

2.2.1系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由電源部分，傳感器部分，信號放大部分，撥碼選擇部分，測試功能部分，中央控制器部分，聲光報警部件，控制接口部分等組成。CPU內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集放大后的傳感器電壓信號成數(shù)字量，程序邏輯運算分析數(shù)字量信號，在氣體濃度超出報警范圍時，發(fā)出聲光報警，并且啟動輸出接口電路，控制燃氣切斷閥。

故障檢測電路檢測傳感器是否發(fā)生故障，輸出故障信號給CPU供檢測。測試按鈕用來啟動測試操作，可人工測試聲光報警設備是否能正常工作。

2.2.2關(guān)鍵器件選擇與硬件電路設計

（1）傳感器部分

傳感器選用線性較好的催化原理，在通恒壓工作情況下隨氣體濃度變化產(chǎn)生相應的毫伏信號。傳感器選用特殊供電方式，提高工作的穩(wěn)定性，軟件采用補償修正算法，使測量結(jié)果更加線性化，傳感器參數(shù)一旦確定后，不可隨意更改，以免供電和補償參數(shù)不匹配。

傳感器分為敏感端和對比端兩部分，使用惠斯頓電橋方式獲取敏感端微小的電信號變化。

（2）電源設計

本裝置的電源供電總功耗小于5W，CPU使用5V供電，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用9VDC輸出的AC/DC電路，然后通過專業(yè)芯片DC/DC變換，確保5VDC電壓不受外界供電變化或繼電器動作影響。外部電源為交流220V。

3.技術(shù)參數(shù)

（1）工作電壓：AC220V/50Hz。

（2）功耗：正常監(jiān)視≤1.5W，報警狀態(tài)≤3.0W。

（3）報警音響：大于80dB。

（4）報警濃度設定：

天然氣報警濃度：≥10%LEL

城市煤氣報警濃度：≥10%LEL

液化石油氣報警濃度：≥15%LEL

（5）報警輸出信號：控制電磁閥或機械手。

（6）傳感器壽命：大于3年。

（7）使用環(huán)境：溫度：-100℃～+500℃，相對濕度≤90%，不凝露。

（8）外形尺寸：122mm×76mm× 38mm。

（9）殼體材料和顏色：ABS象牙白。

（10）傳感器結(jié)構(gòu)：可插拔式更換。

4.實際應用情況

在完成新型報警器的研究后，研究人員制作了10臺樣機，用于驗證新型報警器其各項功能指標。

通過篩選，研究人員確定了5戶使用不同表型的民用用戶，將樣機懸掛于這些用戶家中，觀察報警器的日常使用狀態(tài)。通過6個月的跟蹤，我們對用戶進行了問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)之前老式報警器存在的誤報問題得到了根本的解決，避免了用戶在做飯時使用黃酒或烹飪魚類等因做飯造成的誤報現(xiàn)象，并且在定期的聯(lián)動性測試中，新型報警器都能夠切斷電磁閥門。6個月中5戶居民共出現(xiàn)2次報警，皆因用戶在使用過程中火焰熄滅，天然氣擴散導致報警器報警。研究人員將剩余5臺新型報警器發(fā)放給龍鳳分公司轄區(qū)和東風分公司轄區(qū)內(nèi)的維修人員，安排他們在入戶維修完畢后對新型報警器進行測試。首先對聯(lián)動性進行測試，如果能夠聯(lián)動，再用皮囊儲存天然氣，對報警器進行實際報警測試。在測試的438家用戶中，新型報警器都能夠在檢測到天然氣成分后及時報警，并順利切斷電磁閥門。

結(jié)語

新型通用式民用燃氣報警器能夠有效地解決現(xiàn)有燃氣報警器存在的諸多缺陷，減少企業(yè)的庫房儲備數(shù)量，減少燃氣員工的工作量，降低用戶端使用成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)無線遠傳功能，較好的保障用戶端安全，同時為燃氣公司的信息化提供了良好的切入契機。新型通用式民用燃氣報警器的推廣，會為燃氣企業(yè)級居民用戶帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］于宏軍.智能與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1997：4.

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