申请/专利权人：武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所)

申请日：2018-12-25

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN109737905B

主分类号：G01B21/02(20060101)

分类号：G01B21/02(20060101);F16K17/02(20060101);F16K37/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.06.04#实质审查的生效;2019.05.10#公开

摘要：本发明实施例提供一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，包括：阀芯；与阀芯连接的阀杆；伸缩杆，其一端与阀杆连接，另一端与阀壁连接；微机电系统倾角传感器，安装在伸缩杆上；计算机，安装在阀壁上，并与微机电系统倾角传感器连接；当阀杆上升或下降时，微机电系统倾角传感器检测到伸缩杆与水平面之间的倾角，计算机根据倾角信息计算出阀杆的垂直位移，从而获得阀芯的位移信息。该系统由于采用了低成本的MEMS器件，因而具有较高的工程实践性和实用价值。

主权项：1.一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，其特征在于，包括：阀芯；与所述阀芯连接的阀杆；伸缩杆，其一端与所述阀杆连接，另一端与阀壁连接；微机电系统倾角传感器，安装在所述伸缩杆上；所述伸缩杆在所述阀杆左右对称安装，每个伸缩杆上安装所述微机电系统倾角传感器，形成所述微机电系统倾角传感器在所述阀杆左右对称布置；计算机，安装在所述阀壁上，并与所述微机电系统倾角传感器连接；当阀杆上升或下降时，所述微机电系统倾角传感器检测到所述伸缩杆与水平面之间的倾角，所述计算机根据倾角信息计算出所述阀杆的垂直位移，从而获得所述阀芯的位移信息；所述阀杆的垂直位移与所述倾角的关系如下：垂直位移＝阀杆与阀壁的水平距离×tan倾角。

全文数据：一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统技术领域本发明实施例涉及安全阀技术领域，尤其涉及一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统。背景技术安全阀是开启闭合的部件，受外力作用下处于常闭状态。当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质达到卸压目的，从而保证系统不因压力过高而发生事故。安全阀主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制内部压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。大型压力容器的安全阀又称呼吸阀至关重要，如果安全阀不能正常启闭，将造成压力容器爆炸或泄漏。安全阀平时为密闭状态，从外界不易判断其阀芯是否动作，以及动作的幅度。如果采用位移传感器测量阀芯相对位移，可计算出阀芯启闭动作及位移。但常规的位移传感器在此类应用环境中使用存在一定局限性，例如拉线位移传感器易受油污污染、超声波测距方式易受压力容器泻压时气流干扰、电涡流传感器需根据阀体内机械部件具体计算且单价较高、磁致位移传感器可适应油污环境，但存在一定测距盲区，且单价较高。因此，工程上需要一种能计算大致位移，且易安装、低成本、抗油污、耐腐蚀的在线监测系统。现有技术申请号CN201410391984.0公开了一种安全阀精密位移传感器，该位移传感器包括开关感应棒、位置检测电路和整形电路，开关感应棒安装在阀芯后侧，并与位置检测电路电连接，位置检测电路与整形电路电连接，并且该整形电路为双路信号输出。由于该技术方案通过磁场感应原理产生位移信号，对阀芯位置进行检测，因而在强电磁辐射区域抗干扰能力差，无法精确的测量。发明内容针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统。本发明实施例提供一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，其特征在于，包括：阀芯；与所述阀芯连接的阀杆；伸缩杆，其一端与所述阀杆连接，另一端与阀壁连接；微机电系统倾角传感器，安装在所述伸缩杆上；计算机，安装在所述阀壁上，并与所述微机电系统倾角传感器连接；当阀杆上升或下降时，所述微机电系统倾角传感器检测到所述伸缩杆与水平面之间的倾角，所述计算机根据倾角信息计算出所述阀杆的垂直位移，从而获得所述阀芯的位移信息。进一步，所述计算机将阀芯的位移信息，通过有线方式发送至阀体外。进一步，所述阀杆的垂直位移与所述倾角的关系如下：垂直位移＝阀杆与阀壁的水平距离×tan倾角。进一步，所述有线方式为在所述阀壁上形成通孔，采用导线经由所述通孔将所述计算机与外部连通，所述计算机通过所述导线将信息传输至外部，并且外部通过所述导线向所述计算机供电。进一步，所述导线为多股复合导线。进一步，所述伸缩杆在所述阀杆左右对称安装，每个伸缩杆上安装所述微机电系统倾角传感器，形成所述微机电系统倾角传感器在所述阀杆左右对称布置。进一步，所述伸缩杆通过铰接方式与所述阀杆和所述阀壁连接。进一步，所述伸缩杆的长度和安装位置可根据阀体直径、阀芯行程及安装条件进行调整。进一步，所述微机电系统倾角传感器的测量精度可达0.1度，所述阀杆的垂直位移的测量精度可达到1毫米。进一步，所述计算机可采用低功耗嵌入式计算机。本发明实施例提供的大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，利用伸缩杆将阀杆上下运动转换为伸缩杆倾角变化，利用MEMS微机电系统倾角传感器检测倾角并传送至阀内安装的计算机中，计算机实时计算阀杆位移，据此判断安全阀是否启闭。由于采用了低成本的MEMS器件，因而该监测系统具有较高的工程实践性和实用价值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统的结构图。1-阀芯、2-阀杆、3-阀壁、4-伸缩杆、5-MEMS倾角传感器、6-计算机具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1示出了本发明实施例提供的大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统。如图1所示，该监测系统包括阀芯1、阀杆2、阀壁3、伸缩杆4、MEMS微机电系统倾角传感器5、计算机6。阀杆2位于阀芯1的上部，与阀芯1垂直连接，即阀杆2与水平面垂直。伸缩杆4一端安装于阀杆2上，一端安装于阀壁3上，MEMS倾角传感器5固定在伸缩杆4上。计算机6安装在阀壁3内侧，通过线路与MEMS倾角传感器5连接。伸缩杆4与水平面之间形成倾角θ。当阀杆2上升或下降时，MEMS倾角传感器5检测到倾角θ，计算机6根据倾角θ实时计算阀杆2的垂直位移，从而获得阀芯1的位移信息。本发明实施例提供的大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，利用伸缩杆将阀杆上下运动转换为伸缩杆倾角变化，实时计算出阀芯的位移信息，并且由于采用了低成本的MEMS器件，因而该系统具有较高的工程实践性和实用价值。如图1所示，阀杆2与阀壁3之间的水平距离为固定值，伸缩杆4与水平面之间形成倾角θ，阀杆2的垂直位移与倾角θ存在固定的三角关系，即：垂直位移＝阀杆与阀壁的水平距离×tanθ。当阀杆2上升时，伸缩杆4拉伸，倾角θ变大，MEMS倾角传感器5检测到倾角θ，计算机6根据上述关系式计算出阀杆2的上升距离，从而获得阀芯1的上升位移信息。当阀杆2下降时，伸缩杆4缩短，倾角θ变小，MEMS倾角传感器5检测到倾角θ，计算机6根据上述关系式计算出阀杆2的下降距离，从而获得阀芯1的下降位移信息。本发明实施例中，可通过有线的方式将阀芯1的位移信息，以及据此得出的安全阀启闭动作信息发送至阀体外。有线方式是：对阀壁3进行钻孔，采用多股复合导线将计算机6与外部连通，计算机6通过导线将阀芯1的位移信息和安全阀的启闭动作信息发送至外部。同时，外部通过所述多股复合导线向计算机6供电，解决了信息传输和供电的问题。如图1所示，伸缩杆4可通过铰接方式一端安装在阀杆2上，另一端安装在阀壁3上。并且，伸缩杆4可在阀杆2左右对称安装，每个伸缩杆4上均安装有MEMS倾角传感器5，形成MEMS倾角传感器5在阀杆2左右对称分布，从而进一步提高检测过程中的抗干扰能力。本发明实施例中，伸缩杆4的长度和安装位置可根据阀体直径、阀芯行程及安装条件进行调整。MEMS倾角传感器5的测量精度可达0.1度，通过调整伸缩杆4的总长度，可将量程限定在0-45度范围，阀杆2垂直位移的测量精度可达到1毫米。本发明实施例中，计算机6可采用低功耗嵌入式计算机。本发明实施例提供的安全阀阀芯位移监测系统，利用伸缩杆将阀杆上下运动转换为伸缩杆倾角变化，利用MEMS倾角传感器检测倾角并传送至阀内安装的计算机中，计算机实时计算阀杆位移，据此判断安全阀是否启闭。由于采用了低成本的MEMS器件，因而该监测系统具有较高的工程实践性和实用价值。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种大型压力容器的安全阀阀芯位移监测系统，其特征在于，包括：阀芯；与所述阀芯连接的阀杆；伸缩杆，其一端与所述阀杆连接，另一端与阀壁连接；微机电系统倾角传感器，安装在所述伸缩杆上；计算机，安装在所述阀壁上，并与所述微机电系统倾角传感器连接；当阀杆上升或下降时，所述微机电系统倾角传感器检测到所述伸缩杆与水平面之间的倾角，所述计算机根据倾角信息计算出所述阀杆的垂直位移，从而获得所述阀芯的位移信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机将阀芯的位移信息，通过有线方式发送至阀体外。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀杆的垂直位移与所述倾角的关系如下：垂直位移＝阀杆与阀壁的水平距离×tan倾角。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述有线方式为在所述阀壁上形成通孔，采用导线经由所述通孔将所述计算机与外部连通，所述计算机通过所述导线将信息传输至外部，并且外部通过所述导线向所述计算机供电。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述导线为多股复合导线。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述伸缩杆在所述阀杆左右对称安装，每个伸缩杆上安装所述微机电系统倾角传感器，形成所述微机电系统倾角传感器在所述阀杆左右对称布置。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述伸缩杆通过铰接方式与所述阀杆和所述阀壁连接。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述伸缩杆的长度和安装位置可根据阀体直径、阀芯行程及安装条件进行调整。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微机电系统倾角传感器的测量精度可达0.1度，所述阀杆的垂直位移的测量精度可达到1毫米。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机可采用低功耗嵌入式计算机。

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