[发明专利]一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置

说明书

技术领域

本发明属于火灾消防技术领域，具体涉及一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，适用于在可燃物泄漏或燃烧初期用于火灾气体探测识别。

背景技术

火灾气体探测作为一种有效的火灾探测技术手段，能够在可燃物(气体、蒸汽等)泄漏或燃烧初期对潜在的火灾爆炸风险进行探测识别，从而有效防范严重事故灾害后果。传统火灾探测技术一般基于燃烧过程产生的烟气、温度变化及火焰形貌特征等，一般需空气中烟颗粒、热量等积聚到一定程度时才能报警。而燃烧作为一种化学反应，其持续进行会改变周围环境成分，导致气体浓度变化始终贯穿火灾全过程。通过分析燃烧过程特征气体含量变化，能够对火灾行为尤其是放热少、产烟低的初期火灾进行识别与探测。

现有火灾探测技术多基于选择性探测原理，即探测传感器对目标气体具有单一选择性。当环境中待测气体种类较多时，需独立设置多个探测器。此外，对于某些化学性质相近的气体，由于会引起同一传感器报警，难以精准识别泄漏气体类型。

本发明提出一种非选择性火灾气体探测与识别方法，利用待测气体粘度性质，未知气体探测与识别过程中不涉及化学反应，具有非选择性、响应快速以及识别精准等优点。

发明内容

为克服传统气体探测器识别对象单一的特点，本发明提出一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，针对给出的不同气体类型，装置能够分辨并识别出待测气体。

本发明采用的技术方案为：基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，包括取样单元、流速控制单元、恒温控制单元、探测识别单元以及数据记录与分析单元5个单元。

所述取样单元通过真空泵抽取待测环境中因泄漏或燃烧产生的气体试样，经由取样末端过滤网、干燥剂，通过取样管依次进入流速控制单元、恒温控制单元；

所述流速控制单元由限流阀和流量计组成，可实现对流经气体流速的精确调节，确保待测气体流动速度满足探测需要；

所述恒温控制单元由温度调节部件和电热线圈构成，能够将流经气体快速加热至设定温度。

所述探测识别单元由柱状多孔介质(如石英砂、毛细管束等)及套管构成，在单元两端设置微压差传感器，获取分析气体流经多孔介质后的压力损失。

所述数据记录与分析单元可以采集并记录微压差传感器信号响应，并通过与标准气样的特征压差进行对比，进而识别气体类型。

本发明的原理在于：气体流动过程中，黏性使其黏附于它所接触的固体表面。气体在本发明所述柱状多孔介质中流动过程中，由于内摩擦阻力的作用将出现一定的压降。根据泊肃叶定律，该压力损失和体积流率、动力粘度以及管长的乘积成正比，和管径的四次方成反比。在所述探测识别单元确定条件下，体积流率(即流速)、管长及管径为常数。因此，可将探测识别单元两端压差ΔP表示为：

ΔP＝k_instμ

其中k_inst为测量系统的仪器参数，μ为待测气体粘度。

由于气体的粘度与温度和压强有关，在温度、压力不变的条件下，气体粘度也保持恒定。对于常见气体，由于分子结构差异，其粘度值也存在差别(见附表1)，也即不同气体具有其自身的特征粘度。因此，可以通过测量探测识别单元两端压差，反演获取待测气体粘度，进而识别待测气体。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出的探测技术基于气体粘度差异，利用气体的物理性质分析未知气体类型。套管封装的柱状多孔介质能够实现对不同类型气体的差异化信号反馈及表征，类似实现宏观意义上的微观“分子筛”，从而能够对不同种类气体进行有效识别。探测原理不涉及化学反应，识别过程快速、高效。

(2)传统基于化学反应的气体探测技术通常具有较高的操作温度，如基于燃烧反应的探测器内部气相反应界面或高达600～800℃，具有较高的功耗。同时，环境湿度对探测器响应行为也有一定影响。本发明提出的探测技术操作条件温和，无需高温反应条件。取样过程中待测气体经过滤、干燥，能有效排除固体颗粒物及水蒸汽对测量精度的影响。

(3)本发明能实现对待测气体的非选择性识别。比如，对于给定的NH₃、CH₄、H₂、C₂H₄四种气体，传统探测技术需4种不同气体传感器才能实现完全探测。而本发明可利用同一套探测装置，通过四种气体的粘度特征响应差别实现对4种气体的精准探测与识别。

附图说明

图1为本发明装置非选择性探测原理示意图；