专利名称：天然气汽车泄漏监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线检测装置，特别涉及一种天然气汽车漏气在线监测、报警以及安全保护装置。
背景资料天然气汽车是以压缩天然气汽车和液化天然气汽车作为燃料的汽车。目前，全世界天然气汽车共有600多万辆，有40多个国家推广应用天然气汽车。以天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。目前我国开始有计划地加大天然气汽车的发展力度，以节约用油和减少城市汽车尾气污染。发展天然气汽车取得了良好的环保效益，由于天然气汽车比汽油、柴油车排放更少的有害污染物(如CO2可降低19～25％、CO可降低90～97％、NOx可降低30～50％、THC可降低75～80％、SO2可降低70～90％、微粒杂质减少40％、无铅化物和烟尘污染)，可以极大地改善大气环境质量，提高人民生活环境质量。此外，我国是世界第二大能源消耗大国，石油供应存在巨大缺口，与此同时，我国天然气总资源约为38万亿立方米，已探明的储量达1.53万亿立方米，大力发展天然气汽车还可以缓解能源压力，促进我国汽车工业超越式的发展，具有重要的现实意义。
天然气的主要成份是甲烷(CH4)，一般含量在95％以上，热值高(平均热值为8000千卡/立方米)，燃爆浓度范围为5％～15％，最小点火能量仅为0.28毫焦耳，对空气的比重为0.55，扩散系数为0.196，极易燃烧、爆炸并且扩散能力强，火势蔓延快，属一级可燃气体，甲类火灾危险性。天然气加气站、天然气汽车存储的是高压气体，稍有不慎，导致泄漏或管道破裂，天然气就会逸散到空气中，遇到火源就可能发生火灾爆炸事故，甚至造成重大伤亡。国内已经发生多起天然气加气站事故。
天然气汽车是对安全性要求极高的汽车，尤其现阶段又主要是在城市道路中运行，安全性就更显重要。在行驶过程中，由于道路状况和汽车发动机引起的振动容易引起车内天然气管道连接处松动，导致天然气泄漏，如果泄漏量大，就容易导致爆炸事故。此外在天然气汽车停泊过程中，如果附近空气流通速度慢，天然气泄漏后会在局部范围内达到很高的浓度，达到爆炸范围内，如果这时候汽车突然打火，产生的电火花极容易引起天然气爆炸。目前已发生多起天然气汽车在停泊中“自燃”事故，主要是长时间缓慢释放的天然气在局部范围内达到很高的浓度，突然产生的火花引起爆炸。
国内对天然气汽车安全保护有两个专利液化天然气汽车安全装置(申请号00223646.X)和天然气汽车发动机供气安全保护装置(申请号01228833.0)，均没有对泄漏天然气浓度进行监测，无法对发生泄漏的天然气汽车发出警报和进行安全保护。
实用新型内容本实用新型提供了一种天然气汽车泄漏在线监测装置。可以在线监测天然气泄漏浓度，发出警报并对汽车进行安全保护，可以有效的防止火灾爆炸事故发生。
本实用新型的技术方案是这样实现的天然气汽车泄漏监测装置，由智能甲烷监测仪器、中央控制器、声光报警器、电子打火开关切断保护装置、天然气管路切断保护装置组成；智能甲烷监测仪器连接在中央控制器上，中央控制器与声光报警器相连，中央控制器与电子打火开关切断保护装置相连，中央控制器与天然气管路切断保护装置相连。
智能甲烷监测仪器由探头连接变送器、变送器连接A/D转换器组成，A/D转换器的输出端连接在单片机的控制线上。
中央控制器由电源模块、单片机组成，电源模块输入端连接汽车蓄电池电路上，输出端连接在单片机的电源线上。
声光报警器由甲烷浓度指示灯、电源指示灯、扬声器和三极管放大电路组成，三极管放大电路的输入电压连接电源模块的输出电源线上，输入信号连接在单片机的控制线上，输出信号分别连接在甲烷浓度指示灯、电源指示灯、扬声器上。
电子打火开关切断保护装置的电子开关串连在电子打火开关电源线上，它的控制线连接在单片机的控制线上。
天然气管路切断保护装置由常开电磁阀和电子开关组成，电子开关连接在单片机的控制线上，而且电子开关还串连在常开电磁阀的电源线上，常开电磁阀串连在供气管路上。
采用本实用新型装置安装在天然气汽车上后，可以实时的监测关键点的甲烷浓度，如果天然气发生泄漏，在线监测装置测量泄漏浓度，发出声光报警，如果天然气浓度达到其爆炸极限，则切断电子打火装置电源，并自动切断天然气汽车供气管路，防止电打火花或者发动机明火引起的火灾或者爆炸。
本实用新型可以连续的检测天然气是否泄漏和泄漏浓度，为发生泄漏的汽车提供报警信号，在可能发生爆炸的情况下采取安全保护措施，防止事故发生。
图1是本实用新型结构示意图图2是本实用新型的智能甲烷监测仪器结构示意图图3是本实用新型的中央控制器结构示意图图4是本实用新型的声光报警器结构示意图图5是本实用新型的电子打火开关切断保护装置结构示意图图6是本实用新型的天然气管路切断保护装置结构示意图具体实施方式
附图是本实用新型的具体实施例；
以下结合附图对本实用新型的内容作进一步详细说明参照图1所示，本实用新型包括一智能式甲烷监测仪器1，智能式甲烷监测仪器1用控制线连接在中央控制器2上，中央控制器2用控制线和电源线与声光报警器3相连，中央控制器2用控制线与电子打火开关切断保护装置4相连，中央控制器2用控制线与天然气管路切断保护装置5相连。此外，中央控制器2并联接在汽车蓄电池的供电线路上。汽车的电子打火器由汽车蓄电池供电，电子打火开关切断保护装置4串连在汽车电子打火器的供电线路上。汽车的发动机由天然气储气罐通过供气管道供气，天然气管路切断保护装置5串连接在供气管路上，天然气管路切断保护装置5的正负电源线并联接在汽车蓄电池供电线路的正负线路上。
参照图2所示，智能甲烷监测仪器1由甲烷浓度监测探头6、变送器7、A/D转换器8组成。监测空气中甲烷含量，监测值经过变送器调理后，再经过A/D转换器8转化成数字型号，通过控制线向中央控制器2传输数据。
参照图3所示，中央控制器2由电源模块9、单片机10组成。电源模块9是独立的供电单元，负责给各监测器、报警器、电子打火开关切断保护器供电，而且在在电源模块9电量不足时可以自动从蓄电池给电源模块充电，此外，电源模块9还连接到声光报警器3上，给其三极管放大电路14供电。单片机10是中央控制单元，检测多个甲烷监测仪的数据和电源电压信号，通过分析后，通过控制线向声光报警器3、电子打火开关切断保护装置4、天然气管路切断保护装置5发出控制信号，信号包括故障信号(包括警告和危险信号)和复位信号。电源模块可以采用成品，参数为DC/DC(直流转换成直流)、输入电压12V、输出电压3～5V、自带电池可自动充电。单片机可采用Philips P89LPC904型或类似单片机，其主要参数为自带2路ADC、自带2个16位定时器、1Kb Flash程序存储器、操作电压2.4～3.6V、I/O口驱动电流20mA，可以满足本系统的要求。
参照图4所示，声光报警器3由甲烷浓度指示灯11、电源指示灯12、扬声器13和三极管放大电路14组成。三极管放大电路14由一组NPN型三极管和电阻组成，采用共射放大电路，其基极连接在单片机对应的控制线上，集电极和发射极分别连接在中央控制器2输出电源的正负极上。放大后的信号分别连接在对应的甲烷浓度指示灯11、电源指示灯12、扬声器13上。由中央控制器2发出的控制信号经过三极管放大电路14后，再控制甲烷浓度指示灯11、电源指示灯12和扬声器13向驾驶员发出各种信号。如果电源不足，则电源指示灯会发出红色灯光，电源充足时发出绿色灯光。甲烷浓度指示灯11可以发出红、黄、绿三种不同意义灯光。其中红色灯光表示浓度到达爆炸极限，必须切断电子打火开光和供气管路；黄色表示有气体泄漏，未达到爆炸极限；绿色表示没有气体泄漏或者气体泄漏可以忽略。扬声器在有天然气泄漏时发出报警声，其中有泄漏但没有达到爆炸极限时是缓和的报警声，如果达到爆炸极限，则发出急促的报警声。
参照图5所示，电子打火开关切断保护装置4由电子开关15一个部件组成，电子开关连接在单片机的控制线上。电子开关15串连在汽车电子打火开关电路上，正常状态下是闭合的。当电子开关接收到中央控制器2的故障指令时，电子开关断开，这样就切断电子打火开关的电源线路，保证汽车不能再次打火。如果接收到复位信号，则电子开关闭合，汽车电子打火开关电路接通，可以再次打火。
参照图6所示，天然气管路切断保护装置5由常开电磁阀16、电子开关17组成。常开电磁阀16串连在供气管路上。常开电磁阀16的电源线和电子开关17串连在汽车蓄电池上。正常情况下，电子开关17是断开的，常开电磁阀16也是开通的，天然气管路可以正常供气。如果单片机向驱动电路发出故障信号，则驱动电路使电子开关闭合，则常开电磁阀16电路接通，蓄电池给电磁阀供电，常开电磁阀16关闭，使供气管路断开。如果当驱动电路接收到复位信号，则使电子开关断开，切断电磁阀电路，使电磁阀打开，恢复管路供气。
在天然气汽车上安装本装置，智能甲烷监测仪器1应该安装在天然气易泄漏和易产生明火的地方，如气路阀门附近，汽车电子打火开关附近，发动机附近，声光报警器3、中央控制器2可以安装在驾驶室，其他部件按图串接在管路、电源线路中。当系统开始工作时，各智能甲烷监测仪器1测量各关键点的甲烷浓度，转换成数字信号。中央控制单元实时检测甲烷浓度数据，进行判断分析，如果没有泄漏或者泄漏浓度可以忽略，则向声光报警器3发出复位信号，声光报警器发出绿色灯光，表示系统处在安全状态，也向电子打火开关切断保护装置4、天然气管路切断保护装置发出复位信号，保证汽车电子打火开关电路和天然气供气管路畅通；如果泄漏浓度比较高，但达不到爆炸火灾状态，则向声光报警器发出警告信号(故障信号之一)，声光报警器3发出黄色灯光，扬声器13发出每隔一段时间发出报警声音(10分钟或者半小时，可以关闭声音)，表示系统处在不安全状态，有气体泄漏；如果泄漏浓度达到爆炸极限，则向声光报警器3发出危险信号(故障信号之一)，声光报警器3发出红色灯光，同时扬声器13发出持续刺耳的警报声，提示情况非常危机，要马上停车疏散。而且也向电子打火开关切断保护装置4发出故障信号，切断汽车电子打火开关的电源，使汽车不能再打火。此外也向天然气管路切断保护装置发出故障信号，使其电子开关闭合，给电磁阀供电，切断供气管路，从而保证汽车安全。此外，如果系统电源电压不足，则中央控制单元会给充电电路发出故障信号，使其给电源充电，保证系统在任何时候都能对天然气泄漏进行实时监测。
本实用新型可以应用在所有的天然气汽车上，特别是那些改造后易泄漏的汽车。由于本系统有自备电源，所以无论汽车蓄电池是否有电，都可以监控泄漏浓度，如果发生泄漏，就会产生声光报警信号。只有在蓄电池没有电而且汽车发电机不能发电的情况下的情况下，无法切断供气管路。本实用新型可以防止汽车在行驶中发生严重泄漏而引起火灾爆炸事故，也可以防止汽车在停泊状态下缓慢释放天然气遇明火后爆炸事故，由于是实时在线监测，可以实现自动对汽车安全进行监控，适合夜间无人值守的情况下对汽车进行安全保护。
权利要求1.天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，智能甲烷监测仪器(1)连接在中央控制器(2)上，中央控制器(2)与声光报警器(3)相连，中央控制器(2)与电子打火开关切断保护装置(4)相连，中央控制器(2)与天然气管路切断保护装置(5)相连。
2.根据权利要求1所述的天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，智能甲烷监测仪器(1)由甲烷浓度监测探头(6)、变送器(7)、A/D转换器(8)组成，甲烷浓度监测探头(6)的输出端连接变送器(7)、变送器(7)的输出端连接A/D转换器(8)，A/D转换器(8)的输出端连接在单片机(10)的控制线上。
3.根据权利要求1所述的天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，中央控制器(2)由电源模块(9)、单片机(10)组成，电源模块(9)输入端连接汽车蓄电池电路上，输出端连接在单片机(10)的电源线上。
4.根据权利要求1所述的天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，声光报警器(3)由甲烷浓度指示灯(11)、电源指示灯(12)、扬声器(13)和三极管放大电路(14)组成，三极管放大电路(14)的输入电压连接电源模块的输出电源线上，输入信号连接在单片机(10)的控制线上，输出信号分别连接在甲烷浓度指示灯(11)、电源指示灯(12)、扬声器(13)上。
5.根据权利要求1所述的天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，电子打火开关切断保护装置(4)的电子开关(15)串连在电子打火开关电源线上，它的控制线连接在单片机(10)的控制线上。
6.根据权利要求1所述的天然气汽车泄漏监测装置，其特征在于，天然气管路切断保护装置(5)由常开电磁阀(16)和电子开关(17)组成，电子开关(17)连接在单片机(10)的控制线上，而且电子开关(17)还串连在常开电磁阀(16)的电源线上，常开电磁阀(16)串连在供气管路上。
专利摘要本实用新型公开了一种天然气汽车泄漏监测装置，由智能甲烷监测仪器、中央控制器、声光报警器、电子打火开关切断保护装置、天然气管路切断保护装置组成；智能甲烷监测仪器连接在中央控制器上，中央控制器与声光报警器相连，中央控制器与电子打火开关切断保护装置相连，中央控制器与天然气管路切断保护装置相连。本实用新型可以连续的检测天然气是否泄漏和泄漏浓度，为发生泄漏的汽车提供报警信号，在可能发生爆炸的情况下采取安全保护措施，防止事故发生。
文档编号G01M3/18GK2751291SQ200420086189
公开日2006年1月11日 申请日期2004年11月15日 优先权日2004年11月15日
发明者胡海军, 段权, 程光旭, 王毅, 曹银强 申请人:西安交通大学