阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统的制作方法

本发明属于流动气体密封性的测试，特别涉及一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统。

背景技术：

1、目前，用于微小氢气泄漏量和泄漏率的检测方法，比较常见的有流量法和追踪泄漏法。流量法一般选用高精度的热式流量计或层流压差流量计进行氢气泄漏率的测量，可以做到0.001sccm或10-5pa• m3/s级的泄漏率检测，更低泄漏率无法测量。真空氦检法，是采用氨质谱检漏仪来进行检漏，用氢气代替氦气作为示踪气体，并且修正相关氦质谱检漏仪的参数。这种真空氦检法检测精度高，但成本较高，操作复杂，且氢气是易燃易爆气体，存在较大的安全隐患。目前，符合氢气防爆 (ex diict4) 等级的氦质谱检漏仪也几乎没有。因此，急需一种氢气微小泄漏检测方法以弥补低泄漏率检测成本高，检测精度差，甚至难以检测的问题。

2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现在高压氢气阀门密封微小泄漏难以精确和快速检测问题，急需设计一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，从而克服上述现有技术中的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，密封安装在阀体顶部，阀体连通有高压氢气源和气体循环泵，包括小型气体收集罩和高精度气体浓度探测针，小型气体收集罩倒扣在阀体上，阀体和小型气体收集罩的衔接处密封处理形成密封内腔，高精度气体浓度探测针从小型气体收集罩的侧壁伸入密封内腔，高精度气体浓度探测针与小型气体收集罩衔接处密封处理；高精度气体浓度探测针与氢气报警系统通讯连接。

3、优选地，上述技术方案中，还包括负压抽吸装置，所述负压抽吸装置与密封内腔连通。用抽气机将小型气体收集罩内的空气抽干净并排入大气中，防止后期氢气与空气接触影响计算效果及产生危险。

4、优选地，上述技术方案中，小型气体收集罩的内顶悬挂有内循环风扇。当微量氢气从阀体表面泄漏出来后，循环风扇用于搅动罩内气体使其浓度均匀。

5、优选地，上述技术方案中，氢气报警系统17由信号采集模块12、电源模块16、微处理器控制模块13、报警指示模块和上位机软件模块15组成。信号采集模块12包括传感器单元以及信号处理电路，传感器单元测量精度高、抗干扰能力强。传感器的输出信号为脉冲信号，信号通过电容器等进行信号的滤波处理。电源模块16是为检测装置各个部件、芯片提供电源，即将外部输入的交流电转换成装置所需要的直流电。微处理器控制模块13包括微处理芯片以及外围电路，微处理器芯片选用at89c51系列单片机，at89c51单片机为16位超低功耗、精简指令集单片机，处理能力强，运算速度快，片内集成flash存储器、16位a/d和通信接口；报警、按键、指示模块主要包括4×4矩阵式键盘、128×64图形化液晶显示屏、按钮指示灯以及报警提示。键盘设置有0-9数字键、上下左右方向键以及删除和确认功能键，实现设定和修改采样时间及报警阈值等信息。液晶显示屏实时显示试验的相关数据。报警功能是试验泄漏量数据超过设定的阈值，蜂鸣器开启报警提示。按钮指示灯包括启动试验检测和停止试验检测两个按钮以及装置上电指示灯、工作指示灯、故障指示灯等。上位机模块包括通讯单元以及上位机软件，报警系统17pc机采用rs232/rs485通讯方式，频率为9600bit/s。

6、一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警方法，测量阶段下，用高精度气体浓度探测针测量小型气体收集罩内初始浓度c0,如果阀体内密封装置损坏，通入阀体内的高压氢气会穿过密封装置与其配合件的缝隙，从而氢气不断从阀体表面泄漏出来，从而进入小型气体收集罩内，使氢气累积一段时间δt后,待更多的氢气从阀体内泄漏出来，然后开启内循环风扇5min，用风扇使小型气体收集罩内气体更加均匀，测量此时氢气浓度𝑐1，将测量后的数据通过高精度气体浓度探测针实时传入到报警系统中的信号采集模块中，信号采集模块将此时泄漏浓度数据传输给单片机，微处理器基于固化的逻辑程序对数据进行处理，液晶屏可以实时进行泄漏量的显示、记录、存储；当短期泄漏率或相对年泄漏率小于一定值时，密封性能良好，当泄漏率大于一定值时，密封失效。检测装置可以进行蜂鸣器报警。

7、优选地，上述技术方案中，根据上述阀体氢气微小泄漏测量系统建立氢气实际短期泄漏公式：

8、，式中，δc为氢气浓度变化(μl/l 或 ppm)，∆𝑐= 𝑐1−𝑐0，∆𝑡为累积时间(s)，𝑉m为定容罩容积(m³)，𝑉1为定容罩内非气体部分体积(m³)，约为 0.0035 m³，𝑝为定容罩内气压(pa)。 如若长期忽略其微量的氢气泄漏，相对年泄漏率为：

9、，式中，f为氢气实际泄漏率，𝑉模拟气室容积(m³)，𝑝r模拟气室内相对气压(pa)，𝑝为定容罩内气压(pa)。

10、优选地，上述技术方案中，为了提高检测装置的精度，可以在单片机中嵌入各种智能算法，让单片机程序自动识别检测数据的真伪，以及多次测量的平均等。防止存在误差，需要重复多次上述过程来测量多组数据。

11、优选地，上述技术方案中，信号采集模块采集的泄漏率脉冲信号传送给单片机后，单片机的计数功能以及定时功能开启，经过其内部固化的逻辑程序对信号数据进行相应的处理和存储；上位机可以实时读取报警系统的状态信息，向外部发出氢气泄漏信号，报警系统也可以实时接收上位机的指令。

12、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

13、在阀体氢气微小泄漏过程中，通过小型气体收集罩来收集泄漏的氢气后经过风扇旋转使内部氢气分布均匀后，高精度气体浓度探测针可以快速检测到每一时刻扩散出来的氢气浓度，传达到报警系统的信号采集模块，单片机通过搭建的数学模型精准计算出泄漏率，查看是否达到泄漏条件，进而判断是否需要发出警报。相较于其他氢气泄漏检测系统，本发明系统的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统不仅成本低、精度高，而且还可以实时监测氢气微小泄漏而判断是否需要进行报警通知。

技术特征：

1.一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，密封安装在阀体顶部，所述阀体连通有高压氢气源和气体循环泵，其特征在于：包括小型气体收集罩和高精度气体浓度探测针，所述小型气体收集罩倒扣在阀体上，阀体和小型气体收集罩的衔接处密封处理形成密封内腔，高精度气体浓度探测针从小型气体收集罩的侧壁伸入密封内腔，高精度气体浓度探测针与小型气体收集罩衔接处密封处理；高精度气体浓度探测针与氢气报警系统通讯连接。

2.根据权利要求1所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，其特征在于：还包括负压抽吸装置，所述负压抽吸装置与密封内腔连通。

3.根据权利要求1所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，其特征在于：小型气体收集罩的内顶悬挂有内循环风扇。

4.根据权利要求1所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，其特征在于：氢气报警系统由信号采集模块、电源模块、微处理器控制模块、报警指示模块和上位机软件模块组成；信号采集模块包括传感器单元以及信号处理电路，传感器的输出信号为脉冲信号，信号通过电容器等进行信号的滤波处理；电源模块是为检测装置各个部件、芯片提供电源，即将外部输入的交流电转换成装置所需要的直流电；微处理器控制模块包括微处理芯片以及外围电路，微处理器芯片选用at89c51系列单片机，片内集成flash存储器、16位a/d和通信接口；报警、按键、指示模块主要包括4×4矩阵式键盘、128×64图形化液晶显示屏、按钮指示灯以及报警提示；键盘设置有0-9数字键、上下左右方向键以及删除和确认功能键；液晶显示屏实时显示试验的相关数据；按钮指示灯包括启动试验检测和停止试验检测两个按钮以及装置上电指示灯、工作指示灯、故障指示灯；上位机模块包括通讯单元以及上位机软件，报警系统17pc机采用rs232/rs485通讯方式，频率为9600bit/s。

5.一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警方法，其特征在于：测量阶段下，用高精度气体浓度探测针测量小型气体收集罩内初始浓度c0,如果阀体内密封装置损坏，通入阀体内的高压氢气会穿过密封装置与其配合件的缝隙，从而氢气不断从阀体表面泄漏出来，从而进入小型气体收集罩内，使氢气累积一段时间δt后,待更多的氢气从阀体内泄漏出来，然后开启内循环风扇5min，用风扇使小型气体收集罩内气体更加均匀，测量此时氢气浓度𝑐1，将测量后的数据通过高精度气体浓度探测针实时传入到报警系统中的信号采集模块中，信号采集模块将此时泄漏浓度数据传输给单片机，微处理器基于固化的逻辑程序对数据进行处理，液晶屏可以实时进行泄漏量的显示、记录、存储；当短期泄漏率或相对年泄漏率小于一定值时，密封性能良好，当泄漏率大于一定值时，密封失效；

6.根据权利要求5所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警方法，其特征在于：根据上述阀体氢气微小泄漏测量系统建立氢气实际短期泄漏公式：

7.根据权利要求5所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警方法，其特征在于：为了提高检测装置的精度，可以在单片机中嵌入各种智能算法，让单片机程序自动识别检测数据的真伪，以及多次测量的平均等；

8.根据权利要求5所述的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，其特征在于：信号采集模块采集的泄漏率脉冲信号传送给单片机后，单片机的计数功能以及定时功能开启，经过其内部固化的逻辑程序对信号数据进行相应的处理和存储；上位机可以实时读取报警系统的状态信息，向外部发出氢气泄漏信号，报警系统也可以实时接收上位机的指令。

技术总结
本发明公开了一种阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统，密封安装在阀体顶部，阀体连通有高压氢气源和气体循环泵，包括小型气体收集罩和高精度气体浓度探测针，小型气体收集罩倒扣在阀体上，阀体和小型气体收集罩的衔接处密封处理形成密封内腔，高精度气体浓度探测针从小型气体收集罩的侧壁伸入密封内腔，高精度气体浓度探测针与小型气体收集罩衔接处密封处理；高精度气体浓度探测针与氢气报警系统通讯连接。本发明系统的阀体密封失效氢气微小泄漏测量及报警系统不仅成本低、精度高，而且还可以实时监测氢气微小泄漏而判断是否需要进行报警通知。

技术研发人员：沈玉冉,何文勇,杜岩,王迎,王宇,储呈铖,吴子寅
受保护的技术使用者：南京汽车集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14