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）

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）

天然氣作為一種優質燃料，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，遇明火便會發生爆炸，造成嚴重人員傷亡和財產損失。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動的可燃氣體報警器，以預防事故的發生。但現有的家用可燃氣體泄漏報警器種類繁多，穩定性差，經常誤報警，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，體現出該系統的優越性。

安全；通用；精準；遠程數據傳輸

1.設計思路

通過對大慶地區的民用燃氣戶內設施進行調查，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個關鍵技術入手進行研究：

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，小巧靈便等現有報警器所具備的優點。

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。新型報警器要能夠實現信息無線傳輸。

2.主要研究內容

2.1關鍵技術的解決方案

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廠家結合，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的55A型傳感器。該傳感器針對天然氣探測進行了優化，測量準確，且價格適中，不會大幅度提高生產成本。

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，并設計成可拆卸結構。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，能夠安全平穩的運行更長時間，單位時間內的使用成本反而下降。

2.1.5實現信息無線傳輸

為了實現信息無線傳輸，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出報警時，向相應設備（手機、電腦等）發送報警信息，提示用戶家中燃氣設施存在異常現象。

2.2系統設計

2.2.1系統原理

系統由電源部分，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內部集成A/D轉換器，用于采集放大后的傳感器電壓信號成數字量，程序邏輯運算分析數字量信號，在氣體濃度超出報警范圍時，發出聲光報警，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，提高工作的穩定性，軟件采用補償修正算法，使測量結果更加線性化，傳感器參數一旦確定后，不可隨意更改，以免供電和補償參數不匹配。

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，為了保持系統的穩定性，采用9VDC輸出的AC/DC電路，然后通過專業芯片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.技術參數

（1）工作電壓：AC220V/50Hz。

（2）功耗：正常監視≤1.5W，報警狀態≤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）傳感器結構：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。通過6個月的跟蹤，我們對用戶進行了問卷調查，發現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象，并且在定期的聯動性測試中，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臺新型報警器發放給龍鳳分公司轄區和東風分公司轄區內的維修人員，安排他們在入戶維修完畢后對新型報警器進行測試。首先對聯動性進行測試，如果能夠聯動，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。

結語

新型通用式民用燃氣報警器能夠有效地解決現有燃氣報警器存在的諸多缺陷，減少企業的庫房儲備數量，減少燃氣員工的工作量，降低用戶端使用成本，并能夠實現無線遠傳功能，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，會為燃氣企業級居民用戶帶來顯著的經濟效益和社會效益。

［1］于宏軍.智能與技術［M］.北京：電子工業出版社，1997：4.

TP277

A