專利名稱：爆炸檢測和抑制設(shè)備用的上升率探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在保護(hù)區(qū)域內(nèi)探測和防止爆炸的爆炸探測和抑制系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明涉及上升率探測器，它可準(zhǔn)確和可靠地探測保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力增加，然后觸發(fā)爆炸抑制設(shè)備以在該保護(hù)區(qū)內(nèi)防止和/或防止爆炸。
背景技術(shù)：
爆炸保護(hù)系統(tǒng)普遍設(shè)設(shè)置在工業(yè)和商業(yè)區(qū)以防止在保護(hù)區(qū)內(nèi)的爆炸。這些系統(tǒng)包括一探測組件，它測量在保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力增加，當(dāng)壓力的上升數(shù)量超過閾值速率或壓力水平絕對值超過閾值壓力水平時，就會觸發(fā)爆炸抑制設(shè)備。
遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件由于它們計算壓力增加的上種方式，未能迅速和可靠地觸發(fā)它們對應(yīng)的抑制設(shè)備。特別是，現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件采樣預(yù)定時間間隔內(nèi)保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力然后確定在最近壓力測量和緊接著前面的壓力測量之間的差值來確定壓力升高的速率的(dP/dt)。于是把這個差值除以在兩次壓力測量之間的時間間隔并且與閾值速率比較。如果，計算到的速率超過閾值速率，則該探測器就觸發(fā)抑制設(shè)備。
這種確定壓力升高速率的方法，由于一些原因，所以是慢的和不正確的。首先，發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)的瞬時壓力變化和電磁干擾往往在測量到的壓力讀數(shù)上導(dǎo)致尖峰信號，因此造成不正確的壓力上升的計算。為要調(diào)節(jié)這些不正確的讀數(shù)和防止對抑制設(shè)備的偶然觸發(fā)，先期的探測器組件直至幾個計算好的速率在近長的時間間隔中具有超過的閾值速率時才會觸發(fā)它們對應(yīng)的抑制設(shè)備。雖然這些延遲降低了抑制設(shè)備的偶然觸發(fā)的頻率，但是它也延遲了壓力確實是上升到危險的速率時抑制設(shè)備的觸發(fā)，所以降低了抑制設(shè)備的有效性。
現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件具有的另一有關(guān)問題是這些瞬時壓力變化和電磁干擾也往往導(dǎo)致受監(jiān)控的絕對壓力讀數(shù)超過絕對閾值水平。再一次造成抑制設(shè)備的偶然觸發(fā)。正如計算壓力上升速率的情況一樣，現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件用延遲抑制設(shè)備的觸發(fā)來調(diào)節(jié)這些不正確的讀數(shù)，直到受監(jiān)控的絕對壓力讀數(shù)在一預(yù)定時間間隔內(nèi)超過絕對閾值速率。又，當(dāng)確實在爆炸環(huán)境時，這種情況就延遲了抑制設(shè)備的觸發(fā)。
現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件也受到了限制，這是因為一般它們是被定形在一特定的保護(hù)區(qū)內(nèi)，且不易被重新定形在具有不相似操作特性的不同區(qū)域?，F(xiàn)有技術(shù)的探測器組件不牽涉到探測器精度時也難以調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上述問題并在爆炸檢測和抑制設(shè)備的技藝上提供明顯的進(jìn)步。尤其是，本發(fā)明提供的探測器組件，更為準(zhǔn)確和可靠地區(qū)分瞬時壓力變化和實際突爆，并對實際突爆有更快地響應(yīng)并觸發(fā)對應(yīng)的抑制設(shè)備。本發(fā)明也提供一種探測器，該探測器的閾值速率能被迅速和容易地改變以調(diào)節(jié)探測器的靈敏度，以及一種探測器，該探測器容易地用于各種操作特性的多種區(qū)域。
本發(fā)明的探測器組件廣義包括至少一壓力傳感器或轉(zhuǎn)換器和一控制器，該壓力轉(zhuǎn)換器是常規(guī)的，它在保護(hù)區(qū)內(nèi)連續(xù)地測量壓力并把測量到的代表壓力的信號傳送到控制器。如果在保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力以高于預(yù)設(shè)閾值速率的速率升高時或如果絕對壓力超過絕對閾值水平時則該控制器就會對壓力信號有響應(yīng)并能觸發(fā)爆炸抑制設(shè)備。如果壓力升高到小于預(yù)選閾值水平的預(yù)選絕對值警告水平，則該控制器也會提供警告。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該控制器每200μSec(微秒)對轉(zhuǎn)換器采樣一次以獲得一系列連續(xù)的壓力測量。該控制器于是把被采集的壓力測量值儲存在具有約5個位置的存儲器表內(nèi)。在每次該表被填滿時，該控制器就把這五個壓力測量值作平均以獲得綜合平均壓力值，其采樣時間為1mSec(毫秒)，然后為后面的測量值刪除該表。由此計算出每個采樣時間為1mSec的一系列連續(xù)平均壓力值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該控制器把平均壓力值儲存到-ROR(上升速率)表內(nèi)，該表具有約5-25個位置，每一個位置對應(yīng)于1mSec的時間間隔。表的長度由用戶根據(jù)保護(hù)區(qū)域的體積和預(yù)計的要害位置(Kst)配置，確定了下述dP/dt計算中的dt值。例如，如果ROR表有10個位置，則dt=10。
控制器在表中從頂開始向下儲存平均壓力值直至表溢出，此時控制器用新的壓力值覆蓋表頂部開始的平均壓力值。所以當(dāng)表被填滿時，表中寫入的最后的值總是最近毫秒期間的平均壓力值，并且表中在它下面的值總是“dt”時間以前測量的平均壓力值(5-25毫秒以前，與表的長度有關(guān))。
控制器訪問ROR表以通過取出表內(nèi)最近的平均壓力值并減去表內(nèi)下一行內(nèi)的平均壓力值和用差值除以dt值(5-26毫秒，取決于表的長度)來計算dp/dt有效速率。隨后控制器把每個計算的每毫秒的dP/dt有效速率與預(yù)定的閾值dP/dt速率作比較，如果任一計算得到的dP/dt有效的速率超過閾值速率，則就觸發(fā)爆炸抑制設(shè)備。
本發(fā)明提供許多在現(xiàn)有技術(shù)的探測器組件中沒有的優(yōu)點(diǎn)。例如，大約每200μSec對轉(zhuǎn)換器采樣，然后對5個被采樣的壓力測量值作平均以獲得一平均壓力值，該控制器“濾除”了由電磁干涉或瞬時壓力變化引起的任何壓力的尖峰信號來防止抑制設(shè)備的偶然觸發(fā)。
另外，在使用者可以形成的ROR中儲存約5-25個平均壓力數(shù)值，然后如上所述計算dP/dt的有效速率，探測器可以迅速和準(zhǔn)確地檢測急劇的壓力增加并在一個毫秒之內(nèi)，無需用幾個額外的讀數(shù)來確證檢測到的壓力上升就觸發(fā)抑制設(shè)備。這可使得爆炸保護(hù)系統(tǒng)在突爆的早期階段檢測到并消除掉突爆。
而且，采用了用戶可配置的ROR表來計算dP/dt速率，通過簡單地調(diào)節(jié)表的長度就能迅速地和容易地調(diào)整檢測器的靈敏度。
附圖簡述以下借助附圖對本發(fā)明較佳實施例作了詳細(xì)描述，其中

圖1是按照本發(fā)明較佳實施例并安裝在保護(hù)區(qū)內(nèi)的爆炸檢測和抑制系統(tǒng)的等比例圖；圖2為曲線圖和存儲器表，示出了換能器采樣和平均壓力值的計算；圖3為曲線圖和存儲器表，示出了dP/dt有效速率的計算；圖4為保護(hù)區(qū)內(nèi)壓力變化或電磁干擾引起的瞬時壓力干擾的示意圖；以及圖5為曲線圖，示出了幾個示意性的壓力曲線和曲線上的點(diǎn)，這里抑制設(shè)備由本發(fā)明的探測器組件觸發(fā)。
實施發(fā)明的較佳方式現(xiàn)在參見附圖，尤其是圖1，它示出了安裝在保護(hù)區(qū)12的按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的爆炸檢測和抑制系統(tǒng)10。該系統(tǒng)一般包括一個或幾個容器14，這些容器被分開地放在整個保護(hù)區(qū)中，且每個都有密封了的抑制劑儲藏在其中，以及一探測器組件16，它專為監(jiān)探在保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力和當(dāng)在爆炸環(huán)境時觸發(fā)這些容器釋放抑制劑材料。保護(hù)區(qū)可以是任何形成爆炸環(huán)境的封閉區(qū)域，諸如儲油器房屋，谷物倉庫，油罐或其它工業(yè)的和商業(yè)的封裝物。
具體而言，這些容器14是常規(guī)的并且每個包括一內(nèi)部的安全膜(未示出)和一電響應(yīng)的引發(fā)器18。當(dāng)保護(hù)區(qū)在正常運(yùn)行的環(huán)境下時，安全膜把密封的抑制劑材料保護(hù)在容器內(nèi)。當(dāng)在爆炸環(huán)境下時，引發(fā)器在接收了從探測器組件16來的觸發(fā)信號后，為了抑制保護(hù)區(qū)內(nèi)的爆炸，就破壞或打碎安全膜，從容器中釋放抑制劑材料。
該探測器組件16一般包括一個或幾個壓力傳感器或轉(zhuǎn)換器20，它們被分開安裝在整個保護(hù)區(qū)12，控制器22與傳感器和引發(fā)器18電耦合，以及-報警元件24與控制器耦合，該探測器組件也可以和諸如遙控監(jiān)控站(未示出)等的其它裝置耦合。
轉(zhuǎn)換器20是常規(guī)的，且每個可在保護(hù)區(qū)12內(nèi)連續(xù)地運(yùn)行來測量壓力并產(chǎn)生代表的輸出信號。輸出信號最佳為4-20mA模擬電流信號。轉(zhuǎn)換器也可以配置為測量保護(hù)區(qū)內(nèi)的其它與構(gòu)成爆炸壓力有關(guān)的參數(shù)，諸如煙，熱，灰塵，或氣體。
控制器22監(jiān)控從轉(zhuǎn)換器20來的壓力信號，并在爆炸環(huán)境時觸發(fā)劑發(fā)器18來釋放容器14中的抑制劑材料。更為特別的是，如果保護(hù)區(qū)內(nèi)的壓力以一高于預(yù)選的閾值速率上升或如果壓力超過一絕對閾值水平，則控制器配置為觸發(fā)引發(fā)器。如果壓力上升到高于一預(yù)選的絕對報警水平(它小于閾值水平)，則控制器也可以給予警報元件24能量來提供報警。
為了計算保護(hù)區(qū)的壓力上升速率，控制器22首先將來自轉(zhuǎn)換器20的模擬輸出信號變換到數(shù)字信號。為此目的，控制器包括一內(nèi)部電流一電壓變換器，它首先把4-20mA的轉(zhuǎn)換器輸出信號變換到0-5V的模擬信號，以及一內(nèi)部的模擬一數(shù)字變換器，它把0-5V的信號變換到8-位數(shù)字的數(shù)字。圖2和圖3圖示了由控制器產(chǎn)生的示范性的數(shù)字壓力信號26。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，控制器22每200μSec采樣各個轉(zhuǎn)換器，以獲得一系列5個相繼的壓力測量值，張成一個1mSec的間隔。在圖2中5個示范性的樣品標(biāo)以字母a-e。于是，控制器把每組5個相繼的壓力測量值儲存到具有5個位置的存儲器表28中。該存儲器表可以儲存到任何一種固體存儲元件中，例如芯片。
當(dāng)存儲器表28被填滿5個時，控制器22把測量值取平均以獲得采樣時間為1mSec的綜合平均壓力值。該平均壓力值暫時儲存到另一存儲器位置30。該控制器便刪除該表并接著用一組5個采樣壓力測量值，然后對這些測量值作平均以獲得另一個采樣時間為1毫秒的綜合平均壓力值?？刂破鬟B續(xù)地重復(fù)這些步驟，從而計算各個采樣時間為1毫秒的一系列相繼平均壓力值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制器22在-ROR(上升速率)表34中儲存了該系列的相繼平均壓力值，圖示于圖3。該表最佳是具有5-25之間的位置，每個對應(yīng)于1mSec的時間間隔。在表中位置的數(shù)目確定在下面描述的dP/dt計算中的dt。
控制器22在ROR表34中儲存平均壓力值是從頂部開始并向底部操作直至表被填滿，此時新的平均壓力值覆蓋從表頂部開始的平均壓力值。所以，一旦表被填滿，寫在表最后的值總是最近的毫秒時間間隔的平均壓力值，而在表中它下面一個值總是“dt”時間以前被測量的平均壓力值(5-25mSec之前，與表長度有關(guān))。
然后，控制器22通過從表34中取出最近的平均壓力值并減去在下一較低行上的平均壓力值并將這個差值除以dt值(5-25mSec，與表的長度有關(guān))計算出每個毫秒的dp/dt有效值。對于示于圖3的例子，它具有10個位置的ROR表，所以dt值為10，其dP/dt在10mSec時有效的值應(yīng)為(P2-P1)/10。
該控制器每次計算一個新的dP/dt有效的值，它把計算的dP/dt有效地值與預(yù)定的閾值dP/dt速率作比較。如果任何一個計算的dP/dt有效值超過該閾值速率，控制器就觸發(fā)引發(fā)器18從容器14釋放抑制劑材料。
為了保證準(zhǔn)確的測量值，必須在保護(hù)區(qū)12內(nèi)測量以觸發(fā)引發(fā)器18的壓力變化(dP)被選擇為轉(zhuǎn)換器20范圍內(nèi)的約5％。例如，如果轉(zhuǎn)換器具有的范圍為660mbars(毫巴)，dP/dt閾值預(yù)選的dp部分應(yīng)為約33mbars。
因為dP/dt閾值速率的dP部分如上所述總應(yīng)該保持固定，假如希望把閾值速率調(diào)節(jié)到抑制設(shè)備被觸發(fā)的那個值，則dt值必須要改變。在本發(fā)明中，ROR表的長度確定dP/dt閾值的dt。例如，如果表有5個位置，該dt值等于5。于是，為了調(diào)節(jié)dp/dt閾值速率和探測器組件16的靈敏度，控制器22包括軟件，該軟件允許表34的長度由用戶選擇以說明保護(hù)區(qū)的容量大小和所希望的要害位置。例如，使用者可以選擇具有5個存儲位置的表以獲得一約為100psi/second(磅/英寸·秒)的，或具有25個存儲位置的表以獲得-約為20psi/second的dP/dt閾值速率。
控制器22計算保護(hù)區(qū)內(nèi)壓力上升速率的方法提供了幾個優(yōu)點(diǎn)。例如，控制器22的取樣和做平均的功能“濾除”了保護(hù)區(qū)12內(nèi)發(fā)生由電磁干涉或瞬時壓力變化造成的任何一個壓力尖峰信號。例如，如果發(fā)生像在圖4的圖中說明的一個壓力尖峰信號32，它好像只是出現(xiàn)在樣品時間間隔為200μSec中的一個?？刂破鞯淖銎骄墓δ馨鸭夥逍盘柵c其正常測量值作平均，所以尖峰信號不會造成抑制設(shè)備的一次偶然觸發(fā)。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用具有5個位置的存儲器表28作為做平均的功能可以勝任地防止由瞬時壓力起伏和電磁干擾造成的引發(fā)器18的偶然觸發(fā)。但是，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將會理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下也可使用具有不同數(shù)目的存儲器表。
ROR表34的使用也對本發(fā)明的準(zhǔn)確性和響應(yīng)性作了貢獻(xiàn)。特別是，正如上面所述的，在ROR表中存儲5-25個平均壓力值，然后計算dP/dt有效的值，探測器16能夠準(zhǔn)確地檢測到快速的壓力增加，然后在一毫秒(mSec)中，無需幾個附加的讀數(shù)來鑒評檢測到的壓力上升的情況下就可迅速地觸發(fā)抑制設(shè)備，這就為抑制設(shè)備提供更為快速和可靠的觸發(fā)，所以在突爆的起始階段就可檢測到并消滅掉。
圖5曲線36示出了在保護(hù)區(qū)12內(nèi)用本發(fā)明的探測器組件16對一快速壓力增加的檢測。該曲線在開始時逐漸地增加，但是隨后由于在保護(hù)區(qū)內(nèi)的一個快速的內(nèi)建壓力就開始快速地上升。在畫于圖上的點(diǎn)38處，探測器組件檢測到一個壓力上升速率，它超過了dP/dt閾值速率并觸發(fā)了抑制設(shè)備。這次抑制的爆炸，正如在曲線36上點(diǎn)38之后的下轉(zhuǎn)所指出的。
圖5的曲線40示出了不超過dP/dt閾值速率的壓力漸增加的探測，但是它確實偶然地超過了絕對壓力閾值水平，該曲線隨著時間逐漸增加并在上升到點(diǎn)42處已在警報壓力水平之上。在這一點(diǎn)上，探測器組件16給予警報元件24能量或者發(fā)送一警報信號給操縱器。為了要防止控制器22給予警報元件能量并且隨后如果壓力繼續(xù)迅速上升就立即據(jù)此觸發(fā)抑制設(shè)備，控制器可裝備一個延遲，所以在警報元件24接收能量前，被測到的壓力值必須超過警報水平有50mSec的時間間隔，或250樣品時間間隔。
如果壓力正如曲線40上畫出的在保護(hù)區(qū)12內(nèi)繼續(xù)上升，它突然升到閾值壓力的水平之上，在點(diǎn)44處。在該點(diǎn)上，探測器組件16觸發(fā)抑制設(shè)備以抑制爆炸。
當(dāng)控制器22觸發(fā)抑制設(shè)備時，它也優(yōu)先地把測得的觸發(fā)瞬間的前后的壓力值存儲起來供以后分析的。
雖然本發(fā)明已經(jīng)在參考附圖中所示的優(yōu)先的實施例作了描述，但是，正如在權(quán)利要求書中講述的那樣，注意到可以使用相當(dāng)?shù)奈锛驮诓槐畴x本發(fā)明觀點(diǎn)的情況下制作替代品，具有如此描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，被專利證所保護(hù)的作為新的和所要的權(quán)利要求包括于下。
權(quán)利要求
1．一種計算封閉區(qū)域內(nèi)參數(shù)上升速率的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a．用一傳感器測量該參數(shù)，以產(chǎn)生代表該參數(shù)傳感信號。b．周期性對傳感器號取樣以獲得一些相繼的被取樣的測量值；c．相繼地把被取樣的測量值存儲到一存儲器內(nèi)；d．把存儲的測量值在一預(yù)定的時間隔內(nèi)取平均以獲得一平均值；e．把平均值儲存到該存儲器內(nèi)；f．重復(fù)步驟(b)-(e)以獲得并把一些相斷的平均值存儲到該存儲器內(nèi)；以及g．通過比較至少兩個平均值計算封閉區(qū)域內(nèi)參數(shù)上升的速率。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(g)包括確定差值的步驟，這個差值是存儲器中最長時間的平均值與存儲器中最短時間的平均值之差。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括把計算的速率與一預(yù)定的閾值速率作比較，并且如果計算的速率超過該閾值速度，則觸發(fā)抑制設(shè)備的步驟。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)約每200μSec采集傳感器信號。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括把采樣測量值存儲到第一存儲器表中直至5個測量值已被存儲。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括對5個已存儲的測量值取平均以獲得平均測量值。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，約5-25個平均值被存儲于第二存儲器表中。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在5-25個平均值已被存儲之后，通過用最近的平均值代替第二存儲器表內(nèi)最長平均值來連續(xù)地更新該第二存儲器表。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該參數(shù)就是封閉區(qū)域中的壓力。
10．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該傳感器包括一壓力傳感器。
11．一種用于檢測封閉區(qū)域中被測參數(shù)何時上升至不安全速率的上升速率檢測器，該檢測器包括一傳感器，該傳感器用于測量該參數(shù)和產(chǎn)生一個代表該參數(shù)的傳感器信號；以及一控制器，該控制器在操作上與傳感器耦合并配置為周期地采集傳感器信號以獲得多個連續(xù)的采集測量值；把采集的測量值存儲于一存儲器中；對預(yù)定的時間間隔內(nèi)的存儲的測量值取平均以獲得一系列相繼的平均值；把這些平均值存儲在該存儲器中；以及通過比較至少兩個平均值計算參數(shù)上升的速率。
12．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，該控制器在操作上把計算的速率與一預(yù)定的閾值速率作比較，并當(dāng)計算的速率超過該閥值速率時觸發(fā)抑制設(shè)備。
13．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，該控制器在操作上通過確定存儲器中最長時間的平均值與存儲器中最短時間的平均值之差值和把該差值除以存儲器中平均值的數(shù)目來計算速率。
14．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，該控制器在操作上約每隔200μSec采集傳感器信號。
15．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，該控制器在操作上把采集的測量值存儲在第一存儲器格中直至已存儲了5個測量值。
16．如權(quán)利要求15所述的探測器，其特征在于，該控制器在操作上把5個存儲的測量值作平均以獲得平均值。
17．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，在操作上把5-25個平均值存儲在第二存儲器表中。
18．如權(quán)利要求17所述的探測器，其特征在于，該控制在操作上當(dāng)5-25個平均值被存儲之后，通過相繼地以最近的平均值代替在第二存儲器表中存得最長的平均值連續(xù)地更新該第二存儲器表。
19．如權(quán)利要求11所述的探測器，其特征在于，該參數(shù)是封閉區(qū)域中的壓力。
20．如權(quán)利要求19所述的探測器，其特征在于，該傳感器包括一壓力傳感器。
全文摘要
一種供爆炸抑制設(shè)備(14,18)用的探測上升率的探測器(16)。該探測器組件包括一壓力傳感器或轉(zhuǎn)換器(20)和一控制器(22)。壓力轉(zhuǎn)換器(20)連續(xù)地測量在保護(hù)區(qū)的壓力,并把代表壓力的信號發(fā)送給控制器(20)。控制器(20)把計算值與一預(yù)定的閾值速率作比較,如果任一計算值超過閾值速率,就觸發(fā)爆炸抑制設(shè)備。
文檔編號G01L23/00GK1325523SQ99813049
公開日2001年12月5日 申請日期1999年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月3日
發(fā)明者M·范登肖, S·J·R·德夫里斯 申請人:法克有限公司