任何管道泄漏都必然会有流量，但有流量并不一定是泄漏。流量分正常流量和非正常流量，非正常流量主要是泄漏造成，也有可能是偷气、人为放散等。无论是什么原因，非正常流量都是我们所要禁止的。对于正常流量，由于城镇燃气都是用于燃烧提供热能的，而燃气在燃烧时，必然同时存在着火焰、流量两种信号，因此只有同时存在这两种信号，才能认定此时的流量信号为正常的，如果只有流量信号而没有火焰信号，那一定是管道泄漏等非正常流量所造成的。如果我们根据这一基本原理设计一个安全系统，则可以保证对泄漏等非正常流量进行切断，或者只允许正常流量通过控制阀门，就可从根本上保证燃气的安全使用。基于上述原理的户内燃气安全保护方法原理见图2。

 

    新型户内燃气安全保护方法的原理是：针对燃具燃烧时产生的两种信号(火焰信号、流量信号)进行实时监测，分别由火焰信号采集模块、流量信号采集模块实时获取户内各燃具的火焰信号和燃气进户管道上的流量信号。具体有3种工况：

    ① 当进户管道存在流量信号，且户内有任何一个燃具存在火焰信号时，为正常工作状态，常闭电磁阀打开，报警器无警报。

    ② 当进户管道存在流量信号，且户内所有燃具在一定时间内无火焰信号时，就说明存在燃气泄漏，此时常闭电磁阀自动切断，报警器发出警报。

    ③ 当进户管道无流量信号，在某一燃具处出现火焰信号时，此时可能是燃具附近出现火灾或火焰检测装置出现异常，此时也要切断进户管道并报数

    火焰信号采集模块、流量信号采集模块均与控制电路连接，由控制电路控制常闭电磁阀以及报警器进行相应动作。报警解除需人工操作，这样确保了危险能被真正排除，保障了户内用气的安全性。

    显然，要实现上述方案，核心就是有效获取火焰信号和流量信号。

    火焰信号的获取可以利用前面提到的熄火保护装置来获取，根据GB 16410—2007《家用燃气灶具》，所有的家用燃气灶具都必须装有熄火保护装置，这就为我们获得家用燃具的火焰信号提供了必要的客观条件。如果是热电偶式熄火保护装置，可以将热电偶作为传感器，增加一个电路，将检测到的火焰信号(热电偶所产生的热电势)，转换成控制信号一路去控制熄火保护电磁阀的开闭，另一路作为火焰信号对外输出。如果是离子感应式熄火保护装置，可以在控制电路输出一个开关信号给熄火保护电磁阀的同时，也对外提供一个输出信号，此信号是在检测电路判断有火焰信号后输出的，因此输出的电信号也就是火焰信号。

流量信号的获取可以有多种途径，比如可以通过燃气表，也可以设置专门的流量传感器获取流量信号。对于大流量的泄漏，普通的流量检测方法就可以了，但有些泄漏是很微量的，比如接头的松动、胶管的老化等，普通的流量检测方法很难满足。能够检测微小流量的流量传感器其流通能力也一定是很小的，如果将其安装在管道上，必然在正常使用的流量下形成很大的阻力，因此需要找到一种既能检测微小流量，又不会造成较大阻力的流量检测装置。流量开关信号采集装置很好地解决了这个问题，其结构见图3。

 

    我们将流量开关装置与切断用的电磁阀巧妙地结合起来，大流量时利用节流阀芯产生的压差驱动压差开关输出一个反映流量存在与否的开关信号。微小流量时利用常闭电磁阀开闭产生的脉冲压差信号，再通过压差开关输出流量开关信号，具体的：[作原理如下：

    将此装置安装在燃气管道的上游，使压差开关的高压信号取压管及低压信号取压管分别与常闭电磁阀的前取压管和节流阀芯的后取压管相连。压差管道开关的开闭信号输出给控制电路，再由控制电路控制常闭电磁阀的启闭，决定是否切断燃气，实现保护。设定燃气入口压力为p₁，燃气出口压力为p₂，压差开关设定的动作压差分别为△p₁和△p₂。当压差开关左右腔压差上行到p₁-p₂＞△p₁时，压差开关控制电路导通；当压差开关左右腔压差下行到p₁-p₂＜△p₂时，压差开关控制电路断开。气流与节流阀芯接触面积为4，节流阀芯的质量为m₁，配重块的质量为m₂。下面根据流量大小两种情况进行分析。

    ① 当管道内为常规流量时，由于节流阀芯的作用，使得p₂＜p₁，当满足燃气入口与出口压差p₁-p₂＞△p₁时，压差开关控制电路导通，常闭电磁阀打开，控制电路将获得一个连续的开关信号。此状态下，满足如下关系式：

 

式中p₁——燃气入口压力，Pa

    p₂——燃气出口压力，Pa

    m₁——节流阀芯的质量，kg

    m₂——配重块的质量，kg

    g——重力加速度，m/s²，取9.8m/s²

    A——气流与节流阀芯接触面积，m²

    式(1)中气流与节流阀芯接触面积A是一个变量，随着阀芯脱离阀口的程度而有所增大，但4的这种变化是很小的，在一定程度上可视为不变。由于m₁、m₂保持不变，4值变化微小，因此流量开关的阻力p₁-p₂只是在一个很小的范围内变化，可视为常量。通过对m₁、m₂、A的控制，可以获得一个相对燃气压力小得多的阻力，不会对燃具的使用造成影响。

    ② 当管道内为微小流量时，由于p₁-p₂＜△p₂，压差开关控制电路断开，常闭电磁阀关闭，此时流量很小，节流阀芯关闭，随着时间的延长，p₂逐渐减小，当满足p₁-p₂＞△p₁时，压差开关动作输出一个开关信号，常闭电磁阀打开，阀体连通，p₂又会迅速升高。当p₁-p₂＜△p₂时，常闭电磁阀随压差开关控制电路断开而关闭，一段时间后满足p₁-p₂＞△p₁时，常闭电磁阀再度开启。这样形成周期性开闭，使得流量开关向外输出一个具有固定频率的脉冲信号，这样便获得了微小流量时的流量开关信号。由以上分析可知，微小流量下的阻力大致与压差开关的动作压差相等，为一个△p₂至△p₁之间的一个值，变化范围不大。

    由此，我们便得到了一个在常规流量时的连续电信号和在微小流量时的脉冲信号，且不会因流量的增大而导致阻力的增大。显然，针对户内燃气管道系统安全保护所需的流量信号和火焰信号是可以有效获取的。

    这种基于管道泄漏基本原理设计的安全装置，对管道泄漏的判断准确度高，并且由于这种判断是针对正常流量的，因此除了可以判断户内管道的泄漏外，还可以发现并阻止所有非正常流量的出现。当然，这种安全保护方法还有不足的地方，那就是在正常使用时出现的泄漏无法判断，即在有火焰信号时发生了泄漏，在这种情况下安全装置将无法识别，这时只要燃具不是长时间连续工作，一旦燃具停止工作，泄漏就会立刻被发现，事实上家用燃具都是间歇工作的。因此对于微小流量的泄漏，如果恰逢在燃具使用过程中发生的，只要燃具停止工作就能被发现，不会造成大的危害。如果是在燃具的使用过程中发生大流量的泄漏，比如胶管脱落，这种情况可以考虑与过流保护装置结合起来使用。

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