一种燃气泄漏报警传感器的设计改进

张凯 王坤

摘 要：文章介绍了燃气泄漏报警传感器的工作原理、使用说明，通过更改燃气泄漏报警传感器的通信方式、电路连接识别输出电路工作状态，以注入硅胶、粘贴防水膜等方式提高了产品的防护等级，有效地改进了传感器长报警、进水、灯常亮等故障问题，产品经过各项标准检测符合应用要求。

关键词：燃气泄漏；传感器；硅胶；防护等级

中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-227-03

Abstract： This paper introduces the working principle and instructions of the gas leak alarm sensor. By changing the gas leak alarm sensor's communication method， the circuit connection identifies the working status of the output circuit， and injects silica gel and pastes the waterproof membrane to improve the product's protection level. Effectively improve the long-term alarm sensor， water， lights and other faults， the product has passed various standards to meet application requirements.

Keywords： gas leak； sensor； silica gel； protection level

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-227-03

前言

随着汽车工业的发展，目前汽车的发展趋势正朝着节能、环保的方向发展，越来越多的新能源汽车开始进入市场，包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、天然气汽车和太阳能汽车等，其废气排放量比较低，符合现代汽车的发展趋势。其中，天然气（包括CNG压缩天然气及LNG液化天然气）以其优良的清洁性、经济性等优势，迅速得到了广泛的应用， 已成为汽车燃料的主流。随着科技的发展，未来肯定会找到比天然气更为理想的能源，但天然气将起到向新能源迈进的不可替代的重要桥梁作用。但是天然氣汽车的缺点为整套动力系统的工艺要求远远高于常规能源汽车，作为动力能源的天然气容易泄漏，这就给天然气汽车的安全性留下了严重的隐患。为了快速发现泄漏，进行应急处理，就必须对容易发生泄漏的点进行探测。

1 概述

根据装配，天然气车的气瓶舱、加气口、热交换器、发动机舱几个位置容易发生泄漏，因此需要在这几个位置放置天然气泄漏传感器用于探测天然气泄漏。当检测到有气体泄漏时，必须发出声音报警让司机第一时间发现并进行应急处理，因此需要在驾驶室内安装报警主机用于接收泄漏传感器发出的信号。传感器的工作原理为：声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移，气敏传感器利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用时，使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移。根据气体浓度大小，膜层质量和导电率变化程度也不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。我们目前采用在发动机进气口位置安装燃气泄漏报警传感器检测是否泄漏气体。燃气泄漏报警传感器使用有以下几种情况：1、通电：在蓄电池电源接通后，传感器预热，开始自检：红灯亮一次后熄灭，绿灯快闪2min；2、监视：传感器在预热后进入监视状态，绿灯一直慢闪，红灯熄灭；3、报警：传感器所在环境燃气浓度达到10%LEL时，传感器红灯闪烁4次后绿灯闪烁1次，循环闪烁；4、恢复：传感器所在环境燃气浓度低于9.5%LEL时，解除报警，绿灯慢闪恢复到监视状态。

2 现有产品存在问题

现有燃气泄漏报警传感器在使用过程中出现长报警、进水、灯常亮等故障。经分析原因有以下四点：1、传感器气敏探头由于高空跌落和做三防漆处理时绝缘漆进入气敏探头内部造成传感器故障报警和误报；2、传感器运输过程中的跌落和搬运造成电器元器件脱落引起传感器无电源指示；3、传感器由于稳压块脱焊引起传感器电压过高导致运行和报警指示灯同时闪烁；4、传感器进气窗口向上安装，整车淋雨试验后，传感器内部进水，造成内部电路短路、元件损坏。

3 改进方案

3.1 传感器与主机通信方式改进

传感器与报警主机连接需要通信才能正常工作，泄漏传感器报警输出低电平，主机接收到低电平发出声光报警。正常时泄漏探测器发出高电平，主机显示正常状态。电路如下图1所示：

采用高低电平方式在实际使用过程在传感器没接（线路开路）时无法识别，电路开路时无法识别，对此做如下整改：

将报警器主机修改模拟电压采集；系统正常工作时，X3接口与主机连接。修改后报警主机通过采集泄漏传感器发出的输出电路的电源可有效识别几个状态：开路、报警、正常。当泄漏传感器与报警主机开路时，报警主机接收的到的电压为0V。当泄漏传感器与报警主机报警时，天然气探测器控制Q4导通，此时接口电压为0.47V。当泄漏探测器正常时，Q4导通截止，报警主机接收的到的电压为24V。

通过以上电压可有效区分不同状态，解决线路开路误报问题。

3.2 安装方式的改进

原燃气泄漏报警传感器安装位置如图2所示，离泄漏监测点较远，且水容易进入传感器内并不易排出，传感器有失效的风险。现有安装位置如图3所示，安装位置离监测点近，易于检测，且增加防护支架，避免淋雨等原因大量水进入传感器使电路板失效。

3.3 产品防护等级的提高

原传感器为裸露电路板如图4所示，通过刷绝缘三防漆来保证电路的稳定性。新产品（如图5所示）采用注入硅胶模式来保护整个电路，保证了整个电子元器件及整个电路的稳定性。并在传感器上贴防水膜增强传感器的防水性能。外观也做了改进，原传感器为塑料壳子，开孔较少（如图2所示），检测范围及灵敏性较差，现产品采用铁壳，尽可能多的增加进气孔，保证传感器检测的灵敏性（如图6所示）。

4 测试结果

4.1 瞬态抗扰性试验

根据GB/T 21437.2-2008 道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第二部分：

延电源线的电瞬态传导（ISO 7637- 2：2004），GB/T 19951- 2005 道路车辆 静电放电产生的电骚扰 试验方法（ISO 10605：2001）要求，对改进后产品做了瞬态抗扰性试验和静电放电抗扰度试验，产品样件符合要求。

4.2 防护试验

根据GB4208-2008 外壳防护等级（IP等级）要求，对样件进行防尘、防固体异物和防水（IP67）检测，样件无明显的滑石粉沉积，样品无进水，试验后功能正常，符合IP67等级要求。

4.3 定頻震动试验

根据GB/T 2423.10-2008 电子电工产品环境试验要求对样件进行振动测试，在振动频率33.3Hz，加速度7g，X、Y、Z三个方向各4个小时振动，试验过程中样品通电，正常工作，无误报，无故障。试验后功能正常，外壳无脱落，无断裂。

经过以上各项和其他性能检测，改进后的产品符合各项要求，性能稳定，满足生产装配需要。

5 结论

燃气泄漏报警传感器经过改进后，解决了传感器长报警、进水、灯常亮等故障问题，可以有效的检测泄漏气体并使报警器报警。经检测，改进后产品全部符合指标，满足现有车型装配需求。国家法规要求燃气车辆必须安装燃气泄漏报警装置，燃气泄漏报警装置是燃气车辆的标准配置，后期应该在整车的组合仪表上进行升级，在仪表上增加燃气泄露报警信号，仪表或电控单元可接收传感器的报警信号，由仪表直接给出司机信号灯及声音报警提示，这样仪表台上就不需要再增加额外的报警器，即节省了单独的报警器，又不破坏仪表台的美观。

参考文献

[1] 张洪云，张岚，时运亭.浅谈燃气泄露报警装置在商用车上的应用[J].重型汽车，2015（5）：27-28.

[2] 李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2001.

[4] 李婷.燃气泄漏报警器的运用浅析[J].中国科技纵横，2016（23）.

[5] 张芳.浅析可燃气体报警器的应用及其发展前景[J].轻工科技， 2011，27（2）：24-25.