运输车罐体防腐内衬破损检测预警方法及装置与流程

1.本发明属于运输车罐体安全技术领域，涉及一种运输车罐体防腐内衬破损检测预警方法及装置。


背景技术：

2.危化品运输车的罐体通常为钢衬塑罐，在钢板壳体内侧设置线性低密度改性聚乙烯(lldpe)内衬，内衬厚度可达15-20mm，使得罐体既有钢制容器的强度和耐压性能，又富有全塑和橡胶制品的防腐蚀、抗冲击等特性；若内衬已经破损或即将破损，则对运输车安全极为不利，因此有必要提供一种成本低、易操作可产业化的内衬破损检测方法及装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种运输车罐体防腐内衬破损检测预警方法及装置，从电容器及介质损耗内切角的角度进行考虑实现了对内衬破损的检测和预警。
4.一种运输车罐体防腐内衬破损检测预警方法，是将防腐金属探测杆伸入运输车罐体内所盛装液体中，将防腐金属探测杆与罐体金属壳体之间看作一个电容器，将其与检测电阻进行串联，通过施加交变电压检测所述检测电阻上的压降，通过估测所述电容器的电容及设置的安全压降值设计电路，使得若所述检测电阻上的压降超出所述安全压降值则进行预警。所述安全压降值的设置是以所述电容器的容性电流为基准，只要在所述检测电阻上流过的电流在所述容性电流的基础上增大则进行预警。
5.一种运输车罐体防腐内衬破损检测预警装置，包括检测及预警显示电路，所述检测及预警显示电路包括变压器、第一防腐金属探测杆s1、罐体金属外壳连接端s4、电阻r52、可调电阻r51、至少一个电压比较器、以及若干分压电阻形成的串联支路、预警led；
6.所述变压器包括原边初级线圈l1和两个次级线圈l2、l3，在l1两端施加交流脉冲电压，l3与可调电阻r51、电阻r52、s1s4所形成的电容器依次串接形成检测回路，电阻r52两端的压降经整流变为直流后连接所述电压比较器的一个输入端，l2经整流变为直流后连接所述若干分压电阻形成的串联支路的一端，所述串联支路另一端接地，所述串联支路的至少一个非端点处连接所述电压比较器的另一输入端，所述电压比较器的输出端连接预警led。
7.所述装置还包括第二防腐金属探测杆s2、第三防腐金属探测杆s3、及频率选择电路，第二、三防腐金属探测杆s2和s3均独立伸入罐体所盛装液体中，所述频率选择电路根据所述s2和s3之间液体电导率数量级的不同，选择输出不同的频率作为变压器的工作频率。
8.进一步的，所述的装置为干电池直流供电，可为6v供电；所述变压器的线圈l1、l2、l3匝数比优选为1:1:6；所述的装置还可以包括时序控制电路，用于控制所述装置的启停。
9.进一步的，所述频率选择电路根据s2和s3之间液体电导率数量级10-1
～10-4
s/m依次输出的频率为1khz、5khz、25khz、50khz。
10.本发明的方案从电容器介质损耗正切角的角度入手，将运输车罐体看作一个电容器，若罐体内衬出现破损必然引起电容器阻性电流，从而导致电容器串联电阻上电流的增大，由此可以设计电路检测所述串联电阻上的压降，将其与预设安全压降值进行比较从而起到预警检测作用。采用本发明的方法及所设计的装置在具体实践中获得了很好的效果，且该方法成本低，易于产业化。
附图说明
11.图1是本发明装置的结构原理示意图；
12.图2是本发明装置的一种结构示意图；
13.图3是容性电流与阻性电流的关系示意图；
14.图4是本发明装置的一种示意图；
15.图5是本发明的一种具体控制电路示意图；
具体实施方式
16.下面结合实例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
17.运输车罐体往往需要运输各种液体，且通常为腐蚀液，在罐体的线性低密度聚乙烯完好、无破损的情况下，腐蚀液体和罐车金属壳体，在线性低密度聚乙烯的隔离下可以看成是形成了一个电容器(将腐蚀液看成是导体)，其介电常数及介质损耗正切角和线性低密度聚乙烯的接近：
18.*介电常数(2.3-2.8)
19.*介质损耗正切角：(0.005～0.006)
20.但是，线性低密度聚乙烯破损了以后，必然会造成局部的或细小的渗漏，这些渗漏会改变已确定的介电常数及介质损耗正切角，因此可以从介质损耗正切角的角度对罐体隔离层的破损进行检测及预警。
21.结合图1-3，s1、s2、s3均各连接一只钛合金探测杆插入罐体所盛装液体内，s4连接罐体金属壳体，则s1、s4之间就形成了一个电容器cx，其介质就是聚乙稀和液体，当聚乙稀破损的时候，相当于电容器cx二端并上了一个电阻，即rx,电容器的容值可以用三重积分求得,通过圆筒电容计算公式：c＝ereos/d；er＝2；(从资料中查到线性低密度聚乙烯的介电常数是1.9～2，)而 eo＝8.86
×
10-12
，结合危化品运输车罐体的尺寸，从而估算出c＝0.084uf。因为液体不可能全部灌满，故粗略取其电容为：
22.c＝2/3
×
0.084uf＝0.056uf。
23.根据介质损耗正切角的相关原理，将该电容器与电阻r52串联，施加交流脉冲电压，则流经r52上的电流就有了icx，当介质破损时就有阻性电流irx，其中icx和irx的关系为正交关系，其与实际流经r52的电流im满足： im2＝icx2+irx2，其与检测频率的关系有：im＝v3/(rx-jwc)；通过r52中的电流 im在图3中已有形象的表示。所以以icx的大小作为检测的主要要素，只要介质破损，则r52上的电流im一定大于icx；因此，以icx为基准来设计安全压降值，以此点亮绿色led，从而告知有关人员车罐内忖无损；考虑外界因素可能的影响，在安全压降值以上一定范围(即容性电流icx的增大)，点亮黄色 led，告知有关人员，发出预警信号；将阻性电流irx与容性电流icx正交值的大小来判断危化品车罐内忖的破损；以点
亮红色led，同时启动无线遥控网络装置，以声、光信息告知近、远处有关方面或人员。
24.在整个产品装置的设计、调整过程中，碰到的最大问题是各种液体的电导率的差异极大，非线性随机碰到；而且，随着温度、湿度、环境的变化差异太大，因此，在产品装置实地调试过程中不得不随时对理论公式进行系数修正，从理论上讲icx和irx应该成正交关系，但是，在实际调整中，或由于车型、液体、温度的变化，我们只能做近似计算，考虑罐体中液体电导率范围在10-1
～10-4
数量级范围，电导率越小的液体，其在电路中电容效应越小，为了尽可能测得电流使装置能精准显示，需要提高其交流电压的频率，因此在检测电路中设置频率选择电路。
25.图5是实现本发明的一种具体电路结构图，下面对图5的工作方式、原理进行说明：
26.本装置供电采用4节5号电池6伏供给，由于是单系统独立供电，这样不会与原车载电子控制相互干扰。整个电路主要部分由7个集成电路芯片：ic1、 ic2、ic3、ic4、ic5、ic6、ic7和5个晶体三极管：q1、q2、q3、q4、q5组成。
27.由ic1，74hc00组成的二个s-r触发器及一个时序芯片ic5 cd4060的整机时间控制结构：第一个s-r触发器是由振动开关tyjm在汽车开动的的振动所触发，即汽车开动时tyjm对地短路，使得r2、r4端的高电平拉低，通过 d1也触发了第二个s-r触发器，第一触发器通过r49，导通q2，第二触发器通过r50，导通q4，电源通过q2的导通，把电源加到了整个系统上，电源又通过q4的导通，把电源单独加到ic5 cd4060上，使得时序控制电路开始工作，r1、r2、r3、r4、r5的阻值为100k，r49、r50的阻值为4.7k。 cd4060的基本参数是，a0是基本周期t＝2s，由r7＝10k，c11＝1uf所确定。为保证cd4060正常工作，由c10＝0.1uf、r6、r8＝100k来稳定其工作状态，经过16秒后，cd4060的a4输出高电平，通过d3、r17＝4.7k导通了q1，复位了第一个s-r触发器，从而关闭整个电路的电源，由于cd4060还在继续工作，此时的cd4060仍输出a5、a6、a7、a8、a9的高电平，强制复位第一个 s-r触发器(虽然车在开，振动还在进行，但是系统不工作、省电)。直到17 分钟后(1024/60＝17.06)输出a10，通过d2、r18＝4.7k，导通了q3，使得第二个s-r触发器复位，切断了cd4060的工作电源，使得整个电路系统恢复到原状。q2、q4是8550，q1、q3是8050，所用二极管d均为4148。
28.由ic3、ic4构成频率选择电路，本装置的探测校验杆是由三根直径2毫米、长度为1米的耐强腐蚀的钛合金金属棒组成，即s1、s2、s3，均插入罐体所盛液体中，s4是接车金属外壳；假定车载罐内运输液体不变，即其电导率的差异范围不是很大，只用固定频率检测，用一个防腐金属探测杆也是可以实现检测功能的。若运输车罐体盛装液体不固定，则在检测部分的核心就是知道本装置在检测什么电导率的液体，从而该用什么样的频率来做基本检测；
29.ic4 lm324是4运放集成芯片，4个运放电路组成了4个比较器，分别输出高电平，分别由二极管d10、d11、d12、d13驱动产生频率1、频率2、频率3、频率4通过r19＝4.7k驱动q5，使得高频变压器b进入工作状态。在 ic4 lm324的输入信号中，r37、r38、电阻二端电压会随着探测校验杆插入不同电导率的液体(比如a液体，其电导率是nx10-2；b液体，其电导率是 mx10-3；c液体，其电导率是px10-4)中电压会在1v～5.5v之间自动变化。 r37＝1k，r38＝1000k。其中r28、29、30、31的阻值均为1k，所用到的二极管均为4148，在比较电路中r35＝5k，r34＝25k，r33、r34、r36＝10k。
30.对照图4中可知，s2、s3之间的电阻变化(即液体电导率的倒数)在6v 直流电压中
会在r38上产生分压，其量值在不同电导率的液体中会产生0.54～ 5v的变化(如氢氟酸1.2v，氢氧化钠3v，硫酸4.8v
………
)。由此可确定这一组比较电路能在探测校验杆分别浸入液体(液体的电导率在n
×
10-1
～n
×
10-4
范围)分别产生4个高电平，驱动产生了频率1、频率2、频率3、频率4，其中频率1为1khz；频率2为5khz；频率3为25khz；频率4为50khz。频率这样的分配，是因为电导率越小的液体，在电路中的电容效应越小，因此需要增高频率来强化电容效应，即：在增加icx的量值，便于装置的精准显示。
31.在图5中:f1＝1khz，是由r20＝50k，c6＝0.01uf来确定；f2＝5khz，是由 r21＝10k，c7＝0.01uf来确定；f3＝25khz，是由r22＝20k，c8＝1000pf来确定；f4＝50khz，是由r23＝10k，c9＝1000pf来确定的。
32.在变压器b中，l1是原变初级；l2、l3是变压器次级，匝数比为： 1:1:6；l2经整流产生6v直流电压v2，供给ic6 lm324工作，经过变压器b， v2和电池电源v1分开，减少或隔离二部分的电路功能之间的干扰，使得整机功能更稳定，ic6 lm324也分别组成4个比较器，鉴别r52上的电压大小，分别驱动二个绿色led发光二极管；一个黄色led预警二极管；一个红色led 报警二极管，在红色发光二极管点亮同时启动无线报警系统，以声、光的形式强调告知有关人员或部门(这一无线传输系统的技术现今已是非常成熟，在此不再作进一步介绍或说明)，变压器b中的l3作为变频脉冲交流源供给装置探测校验用，其应用作用于s1、s4二端，变频脉冲交流电流im，(im＝icx
×
irx，这里
×
表示正交)由于系统在设计时，采用了以电容容性电流为基准、外加防腐金属探测校验杆进行取样的一整套方法，当罐体内衬，线性低密度聚乙烯变薄时(公式c＝ereos/d中的d减小)流经r52中的电流im增大，探测校验电压加大，点亮黄色led预警，得以实现是必然的结果，这就是本检测装置的优越之处。在图4中，r24、25、26、27、43为10k；r39、40、41、42、54、55、 56、57为1k；r52＝6k，r53＝100k，r58＝10k；c12＝10uf，c13＝22uf，r51 为可调电阻，用于调整电路以满足电路要求。以所盛装液体使得频率4导通为例，即检测频率为f4＝50khz，此时不考虑破损因素，电容器容抗根据 cx＝1/2πfc，其估测值为60欧姆，则容性电流为icx＝u/cx，根据图5中的设计，r52上的电压应大于3.6v则黄灯亮起，即容性电流应取到0.6ma，则r51 的阻值基本可确定(36v/0.6ma＝60k欧姆，r51＝60k-6k-60≈54k，即频率取 50khz时，r51取54k左右，同理，其他频率时也可相应得出r51大小)。
33.即可以看出，本发明核心是把运输车罐体看作一个电容器，利用电容器介质损耗正切角的相关原理，将其容性电流(icx)的大小作为检测的主要要素 (然而并不需要获得其确切大小，只是将其作为判断基准，电流在其基础上增大则要预警)，来点亮绿色led，从而告知有关人员车罐内衬无损。把容性电流(icx)的增大，点亮黄色led，告知有关人员，发出预警信号。若电流增大超过一定范围(可通过经验设置)，则判断危化品车罐内衬已出现破损，从而点亮红色led，同时启动无线遥控网络装置，以声、光信息告知近、远处有关方面或人员。
34.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，本领域技术人员可对元件型号、参数自行选择；而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体电路形式实现本发明。