??? 任何管道泄漏都必然會有流量，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，也有可能是偷氣、人為放散等。無論是什么原因，非正常流量都是我們所要禁止的。對于正常流量，由于城鎮(zhèn)燃氣都是用于燃燒提供熱能的，而燃氣在燃燒時，必然同時存在著火焰、流量兩種信號，因此只有同時存在這兩種信號，才能認定此時的流量信號為正常的，如果只有流量信號而沒有火焰信號，那一定是管道泄漏等非正常流量所造成的。如果我們根據(jù)這一基本原理設(shè)計一個安全系統(tǒng)，則可以保證對泄漏等非正常流量進行切斷，或者只允許正常流量通過控制閥門，就可從根本上保證燃氣的安全使用。基于上述原理的戶內(nèi)燃氣安全保護方法原理見圖2。

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??? 新型戶內(nèi)燃氣安全保護方法的原理是：針對燃具燃燒時產(chǎn)生的兩種信號(火焰信號、流量信號)進行實時監(jiān)測，分別由火焰信號采集模塊、流量信號采集模塊實時獲取戶內(nèi)各燃具的火焰信號和燃氣進戶管道上的流量信號。具體有3種工況：

??? ① 當進戶管道存在流量信號，且戶內(nèi)有任何一個燃具存在火焰信號時，為正常工作狀態(tài)，常閉電磁閥打開，報警器無警報。

??? ② 當進戶管道存在流量信號，且戶內(nèi)所有燃具在一定時間內(nèi)無火焰信號時，就說明存在燃氣泄漏，此時常閉電磁閥自動切斷，報警器發(fā)出警報。

??? ③ 當進戶管道無流量信號，在某一燃具處出現(xiàn)火焰信號時，此時可能是燃具附近出現(xiàn)火災(zāi)或火焰檢測裝置出現(xiàn)異常，此時也要切斷進戶管道并報數(shù)

??? 火焰信號采集模塊、流量信號采集模塊均與控制電路連接，由控制電路控制常閉電磁閥以及報警器進行相應(yīng)動作。報警解除需人工操作，這樣確保了危險能被真正排除，保障了戶內(nèi)用氣的安全性。

??? 顯然，要實現(xiàn)上述方案，核心就是有效獲取火焰信號和流量信號。

??? 火焰信號的獲取可以利用前面提到的熄火保護裝置來獲取，根據(jù)GB 16410—2007《家用燃氣灶具》，所有的家用燃氣灶具都必須裝有熄火保護裝置，這就為我們獲得家用燃具的火焰信號提供了必要的客觀條件。如果是熱電偶式熄火保護裝置，可以將熱電偶作為傳感器，增加一個電路，將檢測到的火焰信號(熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢)，轉(zhuǎn)換成控制信號一路去控制熄火保護電磁閥的開閉，另一路作為火焰信號對外輸出。如果是離子感應(yīng)式熄火保護裝置，可以在控制電路輸出一個開關(guān)信號給熄火保護電磁閥的同時，也對外提供一個輸出信號，此信號是在檢測電路判斷有火焰信號后輸出的，因此輸出的電信號也就是火焰信號。

流量信號的獲取可以有多種途徑，比如可以通過燃氣表，也可以設(shè)置專門的流量傳感器獲取流量信號。對于大流量的泄漏，普通的流量檢測方法就可以了，但有些泄漏是很微量的，比如接頭的松動、膠管的老化等，普通的流量檢測方法很難滿足。能夠檢測微小流量的流量傳感器其流通能力也一定是很小的，如果將其安裝在管道上，必然在正常使用的流量下形成很大的阻力，因此需要找到一種既能檢測微小流量，又不會造成較大阻力的流量檢測裝置。流量開關(guān)信號采集裝置很好地解決了這個問題，其結(jié)構(gòu)見圖3。

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??? 我們將流量開關(guān)裝置與切斷用的電磁閥巧妙地結(jié)合起來，大流量時利用節(jié)流閥芯產(chǎn)生的壓差驅(qū)動壓差開關(guān)輸出一個反映流量存在與否的開關(guān)信號。微小流量時利用常閉電磁閥開閉產(chǎn)生的脈沖壓差信號，再通過壓差開關(guān)輸出流量開關(guān)信號，具體的：[作原理如下：

??? 將此裝置安裝在燃氣管道的上游，使壓差開關(guān)的高壓信號取壓管及低壓信號取壓管分別與常閉電磁閥的前取壓管和節(jié)流閥芯的后取壓管相連。壓差管道開關(guān)的開閉信號輸出給控制電路，再由控制電路控制常閉電磁閥的啟閉，決定是否切斷燃氣，實現(xiàn)保護。設(shè)定燃氣入口壓力為p₁，燃氣出口壓力為p₂，壓差開關(guān)設(shè)定的動作壓差分別為△p₁和△p₂。當壓差開關(guān)左右腔壓差上行到p₁-p₂＞△p₁時，壓差開關(guān)控制電路導(dǎo)通；當壓差開關(guān)左右腔壓差下行到p₁-p₂＜△p₂時，壓差開關(guān)控制電路斷開。氣流與節(jié)流閥芯接觸面積為4，節(jié)流閥芯的質(zhì)量為m₁，配重塊的質(zhì)量為m₂。下面根據(jù)流量大小兩種情況進行分析。

??? ① 當管道內(nèi)為常規(guī)流量時，由于節(jié)流閥芯的作用，使得p₂＜p₁，當滿足燃氣入口與出口壓差p₁-p₂＞△p₁時，壓差開關(guān)控制電路導(dǎo)通，常閉電磁閥打開，控制電路將獲得一個連續(xù)的開關(guān)信號。此狀態(tài)下，滿足如下關(guān)系式：

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式中p₁——燃氣入口壓力，Pa

??? p₂——燃氣出口壓力，Pa

??? m₁——節(jié)流閥芯的質(zhì)量，kg

??? m₂——配重塊的質(zhì)量，kg

??? g——重力加速度，m/s²，取9.8m/s²

??? A——氣流與節(jié)流閥芯接觸面積，m²

??? 式(1)中氣流與節(jié)流閥芯接觸面積A是一個變量，隨著閥芯脫離閥口的程度而有所增大，但4的這種變化是很小的，在一定程度上可視為不變。由于m₁、m₂保持不變，4值變化微小，因此流量開關(guān)的阻力p₁-p₂只是在一個很小的范圍內(nèi)變化，可視為常量。通過對m₁、m₂、A的控制，可以獲得一個相對燃氣壓力小得多的阻力，不會對燃具的使用造成影響。

??? ② 當管道內(nèi)為微小流量時，由于p₁-p₂＜△p₂，壓差開關(guān)控制電路斷開，常閉電磁閥關(guān)閉，此時流量很小，節(jié)流閥芯關(guān)閉，隨著時間的延長，p₂逐漸減小，當滿足p₁-p₂＞△p₁時，壓差開關(guān)動作輸出一個開關(guān)信號，常閉電磁閥打開，閥體連通，p₂又會迅速升高。當p₁-p₂＜△p₂時，常閉電磁閥隨壓差開關(guān)控制電路斷開而關(guān)閉，一段時間后滿足p₁-p₂＞△p₁時，常閉電磁閥再度開啟。這樣形成周期性開閉，使得流量開關(guān)向外輸出一個具有固定頻率的脈沖信號，這樣便獲得了微小流量時的流量開關(guān)信號。由以上分析可知，微小流量下的阻力大致與壓差開關(guān)的動作壓差相等，為一個△p₂至△p₁之間的一個值，變化范圍不大。

??? 由此，我們便得到了一個在常規(guī)流量時的連續(xù)電信號和在微小流量時的脈沖信號，且不會因流量的增大而導(dǎo)致阻力的增大。顯然，針對戶內(nèi)燃氣管道系統(tǒng)安全保護所需的流量信號和火焰信號是可以有效獲取的。

??? 這種基于管道泄漏基本原理設(shè)計的安全裝置，對管道泄漏的判斷準確度高，并且由于這種判斷是針對正常流量的，因此除了可以判斷戶內(nèi)管道的泄漏外，還可以發(fā)現(xiàn)并阻止所有非正常流量的出現(xiàn)。當然，這種安全保護方法還有不足的地方，那就是在正常使用時出現(xiàn)的泄漏無法判斷，即在有火焰信號時發(fā)生了泄漏，在這種情況下安全裝置將無法識別，這時只要燃具不是長時間連續(xù)工作，一旦燃具停止工作，泄漏就會立刻被發(fā)現(xiàn)，事實上家用燃具都是間歇工作的。因此對于微小流量的泄漏，如果恰逢在燃具使用過程中發(fā)生的，只要燃具停止工作就能被發(fā)現(xiàn)，不會造成大的危害。如果是在燃具的使用過程中發(fā)生大流量的泄漏，比如膠管脫落，這種情況可以考慮與過流保護裝置結(jié)合起來使用。

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