本申請涉及石化罐區(qū)密封性量測，尤其涉及一種氧氣傳感器、用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置及方法。

背景技術：

1、石化罐區(qū)是石油化工行業(yè)中用于儲存、傳輸和加工原材料及成品的重要設施。石化罐區(qū)的各種化工儲罐由管道連接而成，管道中用氮氣進行密封，構成氣相連通儲罐，以降低大氣中揮發(fā)性有機化合物的排放。每個儲罐內儲存有易燃易爆物質，每個儲罐通過物理方式進行機械相連，連接處有發(fā)生泄漏的可能性。一旦發(fā)生泄漏，整個石化罐區(qū)會有爆炸的風險。因此，需要對連通的石化罐區(qū)氮氣密封效果進行監(jiān)測，以防止事故的發(fā)生。

2、目前的監(jiān)測方法包括目視檢測法、氣體檢測法等。目視檢測法通過人眼對罐區(qū)進行觀察、檢查罐體表面是否存在油污、裂紋、積水等現(xiàn)象，從而判斷是否存在泄漏，但這種方法受人為因素影響較大，且對于微小泄漏很難發(fā)現(xiàn)。氣體檢測法是通過檢測罐區(qū)空氣中的可燃氣體、有毒氣體等成分來判斷是否存在泄漏，相較于目視檢測法更準確。但是由于空氣中存在氮氣及其他成分的氣體，從而現(xiàn)有的氣體檢測法檢測泄漏氣體難度較大。同時，較小的氣體泄漏發(fā)生事故的風險都較大，但是現(xiàn)有的氣體檢測方式靈敏度低，檢測下限高，響應速度較慢。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請實施例通過提供一種氧氣傳感器、用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置及方法，能夠解決現(xiàn)有的用于石化罐區(qū)的氣體檢測法檢測泄漏氣體難度較大，氣體檢測方式靈敏度低，檢測下限高，響應速度較慢的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例的技術方案是：

3、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種氧氣傳感器，包括外殼和回字形檢測體；所述回字形檢測體包括雙材料梁和單材料梁；所述雙材料梁為至少兩根，包括基梁以及鍍于所述基梁上表面的膜層，所述基梁由第一材料制備而成，所述膜層由第二材料制作而成，所述第一材料和所述第二材料的熱膨脹系數(shù)不同；所述單材料梁為至少兩根，由第三材料制備而成；所述雙材料梁和所述單材料梁依次交替連接，且至少兩根所述雙材料梁平行設置，至少兩根所述單材料梁平行設置，首端和尾端均為所述雙材料梁，以使所述單材料梁與所述雙材料梁構成回字形；最末端的所述雙材料梁的背離所述單材料梁的一端固設于所述外殼內；所述外殼設置有進口和出口以使氣體能夠進出。

4、結合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一材料和/或所述第三材料為聚酰亞胺。

5、結合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第二材料為鋁或銀。

6、結合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述基梁為長方體，所述基梁的一個表面鍍設所述膜層。

7、結合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述膜層的厚度為200nm，所述基梁的厚度為25um。

8、結合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，每根所述雙材料梁上設置有一個通孔。

9、第二方面，本發(fā)明另一實施例提供了一種用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置，包括上述所述的氧氣傳感器，還包括可調諧激光器、光纖耦合器和信號處理機構；多個所述氧氣傳感器分別設置于石化罐區(qū)的管路上；所述可調諧激光器與所述光纖耦合器連接；通過所述光纖耦合器向每個所述氧氣傳感器的膜層發(fā)射激光；多個所述氧氣傳感器的所述膜層側通過光纖連接所述光纖耦合器；所述光纖耦合器與所述信號處理機構連接。

10、第三方面，本發(fā)明又一實施例提供了一種用于石化罐區(qū)的氧氣測量方法，利用上述所述的用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置，包括：

11、將多個所述氧氣傳感器分別設置于石化罐區(qū)的管路上；

12、將所述可調諧激光器與所述光纖耦合器連接，所述可調諧激光器向所述光纖耦合器傳輸預設波長的激光；

13、通過所述光纖耦合器向每個所述氧氣傳感器的膜層發(fā)射激光，所述激光與氧氣發(fā)生光熱吸收效應產(chǎn)熱，雙材料梁吸收熱能發(fā)生偏轉，該偏轉被回字形檢測體的多根雙材料梁放大；

14、將多個所述氧氣傳感器的所述膜層側通過光纖連接所述光纖耦合器；

15、將所述光纖耦合器與所述信號處理機構連接，所述光纖耦合器將信號傳輸給所述信號處理機構，通過檢測雙材料梁自由端位移量，反演管道內的氧氣濃度。

16、本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

17、本發(fā)明實施例提供的氧氣傳感器，在實際使用時，將最末端的雙材料梁的背離單材料梁的一端，即固定端固設于外殼內，再將氧氣傳感器設置于石化罐區(qū)的連通管道內，若管道泄漏，氧氣會進入管道。通過氧氣傳感器檢測管道內是否有氧氣進入，來間接檢測管道是否泄漏，從而間接獲取管道的氮封效果，進而避免了由于空氣中存在氮氣及其他成分的氣體，現(xiàn)有的氣體檢測法檢測泄漏氣體難度較大的問題。通過將波長在氧氣吸收峰處(760nm)的激光照射在氧氣傳感器的雙材料梁有膜層的一側，當雙材料梁所處位置有氧氣時，氧氣與激光發(fā)生光熱吸收效應產(chǎn)熱，雙材料梁吸收熱能發(fā)生變形，通過檢測雙材料梁自由端位移量，反演管道內氧氣的濃度。采用雙材料梁和單材料梁依次交替連接，且至少兩根雙材料梁平行設置，至少兩根單材料梁平行設置，首端和尾端均為雙材料梁，以使單材料梁與雙材料梁構成回字形的結構，能夠將雙材料梁的變形進行放大，從而提高檢測的靈敏度，能夠對0.05℃以下的溫度變換引起的光熱吸收進行測量，即氣體量較小，升溫較小時也可以進行測量，降低檢測下限，提高響應速度。在注氮管道有微量泄漏的情況下，亦能感知氧氣濃度的變化，靈敏度高，檢測下限低，響應速度較快，防止由于聯(lián)通管道泄漏而導致的儲罐燃爆的火災事故。本申請實施例的氧氣傳感器，用激光照射回字形檢測體，再通過光纖將信號引至信號處理機構，不需要使用電路，不會產(chǎn)生電火花，從而保證了安全。

技術特征：

1.一種氧氣傳感器，其特征在于，包括外殼和回字形檢測體；

2.根據(jù)權利要求1所述的氧氣傳感器，其特征在于，所述第一材料和/或所述第三材料為聚酰亞胺。

3.根據(jù)權利要求2所述的氧氣傳感器，其特征在于，所述第二材料為鋁或銀。

4.根據(jù)權利要求1所述的氧氣傳感器，其特征在于，所述基梁為長方體，所述基梁的一個表面鍍設所述膜層。

5.根據(jù)權利要求1所述的氧氣傳感器，其特征在于，所述膜層的厚度為200nm，所述基梁的厚度為25um。

6.根據(jù)權利要求1～5任一項所述的氧氣傳感器，其特征在于，每根所述雙材料梁上設置有一個通孔。

7.一種用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置，其特征在于，包括多個權利要求1～6任一項所述的氧氣傳感器，還包括可調諧激光器、光纖耦合器和信號處理機構；

8.一種用于石化罐區(qū)的氧氣測量方法，其特征在于，利用權利要求7所述的用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置，包括：

技術總結
本申請公開了一種氧氣傳感器、用于石化罐區(qū)的氧氣測量裝置及方法，屬于石化罐區(qū)密封性量測領域。包括外殼和回字形檢測體；回字形檢測體包括雙材料梁和單材料梁；雙材料梁為至少兩根，包括基梁以及鍍于基梁上表面的膜層，基梁由第一材料制備而成，膜層由第二材料制作而成，第一材料和第二材料的熱膨脹系數(shù)不同；單材料梁為至少兩根，由第三材料制備而成；雙材料梁和單材料梁依次交替連接，且至少兩根雙材料梁平行設置，至少兩根單材料梁平行設置，首端和尾端均為雙材料梁，以使單材料梁與雙材料梁構成回字形；最末端的雙材料梁的背離單材料梁的一端固設于外殼內；外殼設置有進口和出口以使氣體能夠進出。本申請靈敏度高，檢測下限低，響應速度較快。

技術研發(fā)人員：李俊
受保護的技術使用者：西安科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6