Переносной шахтный сигнализатор метана

 

Изобретение относится к технике безопасности на уготьных шахтах и м. б. нспапьзовано в автоматических средствах газовой защиты. Цель -- повышение точ ности измерения концентрации метана. Устройство состоит из датчика (Д) 1 метана, включающего последовательно соелнненные рабомий элемент (РЭ) 2 и сравнительный элемент (СЭ) 3, блок сигнализации и измерения концентрации метана, соединенный с источником 6 питания, стабилизаторы 8 и 20 напряжения и потенциометр 22. При отсутствии метана из Л задается при помошн потенциометра 22 начальный режим работы, напряжение на котором поддерживается постоянно от стабилизатора 8. А режим работы Д 1 задается неизменным при помощи стабилизатора 20 за счет под,аержания постояиным напряжения на СЭ 3. При этом сопротивление РЭ 2 и СЭ 3 при отсутствии метана равны, за счет чего при подаче метана на Д 1 на СЭ 3 не меняется напряжение, а на РЭ 2 увелнчивается. Благодаря этому напряжение на выходе Д1 увеличивается на полную величину приращения напряжения РЭ 2. I ил с сл

Э".л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С ЦЧАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС . (УБЛИН (5!)4 Е 21 F 1718

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ НИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛ <М ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA

161) 1115537 (2l ) 4210624/22-03 (22) 12.03.87 (46) 15.I2.88. Бюл. № 46 (71) Государ твенный проектно-конструкорский и научно-исследовательский инсти,ут по автомати 1ации угольиой промышленности «Г nn poy r. åà âòî ì ç Tíçà è è ÿ» (72) И. Э. Биренберг, М. Б. Львовский, Н. Я. ".азукнн, Б, С. Шатров, A. E3. Синилов, /; A. Марченко, В. H. Заплавский и В. В. Ивашов (53) 622.412.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ I l 15537, кл. E 2I F 17/18, 1983. (54) ПЕРЕНОСНОЙ ШАХТНЫЙ CHI i-IAЛИЗАТОР МЕТАНА (57) Изобретение 1тноситсп к технике безопасности на угольных шахтах и м. б. использовано в автоматических средствах газовой защиты. Гель -- повышение точх

„„SU „„1344542

"ности измерения концентрации метана. Устройство состоит из датчика (Д) 1 метана, включакццего последовательно соединенные рабочий элемент (P:-)) 2 и сравнительный элемент (СЭ) 3, блок сигнализации и измерения концентрации метана, соединенный с источником 6 питания, стабилизаторы 8 и 20 напряжения и потенциометр 22. Прн отсутствии метана нз Jl задается при помоши потенциометра 22 начальный режим работы, напряженке на котором поддерживается постоянно от стабилизатора 8. А режим работы Д 1 задается неизменным при помощи стабилизатор» 20 за счет поддержания постоянным напряжения на СЭ 3. <

При этом сопротивление Р3 2 н СЭ 3 при отсутствии метана равны, за счет чего при подаче метана на Д 1»а СЭ 3 ие у меняется напряжение, а на РЭ 2 увели° чивается. Благодаря этому напряжение на, выходе Д I увеличивается иа полную величину приращения напряжения РЭ 2. I ил.

11зобретснис относится к технике безопасности на угольных шахтах, и именно к автоматическим средствам газовой защиты, и может быть использовано для непрерывного автоматического контроля концентрации метана в шахтной атмосфере н сигнализации о превышении допустимых норм конценграции метана в шахте.

Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации метана и помехозащищсиности сигнализатора за счет увеличения отношения величины полезного сигнала нз выходе датчика метана к величине си(нзлз ошибки. !

1а чертеже представлена принципиальная электрическая схема сиг((ализатОр.

Переносной шахтный сигнализатор мстана содержит датчик метана, состоящий иэ последовательно соединенных рабочего 2 и сравнительного элемента 3, которые имск>т общую To(tt(v 4. Вывод срзвнитеlьного элемента 3 соединен с минусовой !

Обш"й1 шиной 5 источника 6 нит»ни».

Б;и>к 7 сигнализации и измерения кони«нтрзции метана соединен с источником 6 питания через стабилизатор 8 напряжения с >.(к. .к>ч«иным к HcM) блоком 9 Отклк> It. ния ист<>чникз питания.

f) 1<)K 7 < ill IIH lil .!((ИИИ H H.lE(«!)(НИ» h(>Ill " .i .I l I iI !(! 1 ) I > И Л((I 3 « i!.! 1! (. i Ь н(1.1». h(>wi;tf)»T(>pta i 1, 12, клк>ч«ной . р»нзисгор 13 и рял резисторов. 1!а выхО.(« ().1ОК(l («ИГ»i(ll(;idllilИ И ИЗМ((:t. ÍI!Я КОН. цснтрзции метана предусмотрены измеритель

1 4 )i!i(«нтрз((и и чеT» HH и «13«тОл!!Ол ) сигнализации. (:табилизатор 8 напряжения выполнен в вил«оиерзш(ОИИОг<> у илитсля 16 с р«гi tiI!)VI(>It(H(t T1)«ttЛИ(ТО!)ОМ l i . 1(, (T;l()H.»H. з»тору 8 (ьзпр»ж«ния подклю i«ll блок !! ()TI(.! t<>ч(. ни» H«To i HI(K» питания, с(>61)» нн ми н «

О 1l т(> II» р(18 и h 1к) ч(. ИОм т 1)» Il. . Ilcт() ()(! (1 (тзбилиззтор 20 режима работы л»тчик» м«ТЗНЗ НЫПОЛИСН В ВИДЕ ОПЕРЗЦИОННОГО (,«Hлителя 21 с потеициомстром 22 и рсгул<нрующим транзистором 23.

База регулирующего транзистора 23 coc;!Hit«Ha с выходом операционного усилител» 21, коллек1ор подключен к плюсовой и ине источника 6 питания, з эмиттср тр»нзисторз 23 соединен с входом блока 7 с. гн .1изации и измерения концентрации метан» и выводом рабочего элемента 2 датчика метана. В качестве выхода датчика 1 метана используется вывод рабочего элемс ит«2. (.равнительный элеменг 3 датчика 1 иклк>чси в цепь отрицательной обратной связи сгабилиззторз 20 режима работы датчика, при этом инвсртирующий вход операционного усилителя 21 подключен к обшей точке 4 датчика метана. Неинвсртирук>ц(ий! входоперационного усилителя 21 соединен c() средней точкой потенциометра 22.

Шахтный сигналиэатор метана работает следую!цим образом.

5 !

О

При отсутствии метана на датчике l метана задается при помощи потенциометра 22 начальный режим работы датчика метана. При этом напряжение на средней точке потенциометра 22, к которой подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 21, устанавливается равным половине номинального напряжения питания датчика метана. Благодаря тому, что стабилизатор 20 режима работы датчика действует как автоматический регулятор напряжения на сравнительном элементе 3 датчика 1, ток через рабочий элемент 2 поддерживается при этом также постоянным в диапазоне изменения напряжения источника 6 питания при постоянной темчературе, поскольку напряжение на средней точке потснциометра равно напряжению на сравнительном элементе 3 датчика 1. Изменение напряжения источника 6 питания на коллекторе трз.içHñòîðà 23 не вызывает изменения напряжения на эмиттере этого рсгу.1и!)ук>!ц«(О транзистора 23, а следовательно и нз датчике 1, тзк как напряжение на нотенциометрс 22 поддерживается постоянныы м, нос кол ьку он питается от стабил u»itr(>f1» 8 напряжения, а база транзистора !

Нолключ«н» и «ыхолу Операционного усилит«л» 21,;\(йствующего как усилителя наI I () ч з((} I I l ч () 3 (. (. О Г l 1 «(> н а и и я ч (жлх (. ГО в х Олами. Гаких! образом, режим работы датчика задается неизменным при помощи стабилиз»тора 2(1 (а счет поддержания посT(»tItttt v напряжения на сравнительном элем«нтс 3 и тока через рабочий элемент 2, пр).чем сонротивлсния рабочего и сравнительного элементов при отсутствии метана примерно равны. Кроме того, поскольку на рзннитсльном элементе 3 поддерживается н<)сто»нное напряжение, 3 его сопротивлени«п(>стоянно при неизменной темисрзтър(.

T() и ток (ер«з сравнит«льный элемент 3 поллержи в»етс» постоянным. В результате

«гзбилизатор 20 ноддерживзет на сравнительном элементе 3 постоянную мощ !..-ть, тзк кзк его ток и напряжение постоянны.

Ьлз(.одаря такому режиму работы датчик» 1, определяемого стабилизатором 20, изменение напряжения нз рабочем элементе 2 при подаче метана на датчик ! Ирн постоянной температуре окружающей среды) ие оказывает влияние на напряжение нз ср <внительном элементе, которое при подаче метана остается постоянным. При подаче метана на flàò÷Hê 1 напряжение на рабочем элементе 2 увеличивается, так как на рабочем элементе происходит окисление метана, н выделяемая при этом тепловая энергия преобразуется в приращение сопротивления рабочего элемента, выполненного в виде спирали из платинового микропровода, с нанесенным на него каталитическим покрытием, и рабочий элемент питает!

444542

3 ся постоянным током от стабилизатора 20.

Поскольку напряжение на сравнительном элементе 3 поддерживается постоянным при помощи стабилизатора 20, то напряжение на выходе датчика 1 увеличивается на полную величину приращения напряжения рабочего элемента 2. На неинвертирующий ход дифференциального усилителя 10 блока 7 сигнализации и измерения поступает сигнал с выхода датчика 1, а на инвсртирующий вход усилителя 10 поступает опорное напряжение, снимаемое со средней точки потенцнометра, питаемого от стабилизатора 8 напряжения. Предварительно !

IpH отсутствии метана при помощи этого иотенциометра устанавливается электрический нуль сигнализатора по шкале измерителя !4 концентрации метана, т. е. устанавливается равенство напряжений на выходе датчика 1 и на средней точке потснциометра установки нуля.

Благодаря укаэанному включению выхода датчика I и средней точки потенцночстра установки нуля. а также описанному режиму работы датчика к входам усилителя 10 подводится полное приращение напряжения рабочего элемента 2 датчика i метана, возникаюгес при подаче м»гани За c÷»T этого ре...лизуется увели i»ин» и! .1н чины Г1олсзногl> сигнала н 3 Выход» датчика.

Таким образом, обеспечивается иовышеннс точности измерения концентрации мста на.

Сигналнзатор предварительно калибруется путем подачи аттестованной метановоздушной смеси на датчик метана при помощи регулировки коэффициента усиления усилителя 10. Для этого предусм<ттрсн иотснциометр в цепи обратной связи усилителя !О, с помощью которого показание измерителя 14 устанавливается равным концентрации метана в аттестованной смеси. выхода усилителя 10 сигнал поступает на вход компаратора l l. При превышении "".àäàêíñãî значения концентрации метана сигнал на выходе компаратора 1 резко возрастает, поскольку величина сигнала на выходе усилителя 1О превышает напряжение на неннвсртирующем входе комиаратора 1, которое задается потенциометром уставкн срабатывания сигнализации.

Положительный потенциал с выхода компаратора ! открывает ключевой транзистор 13 и за орастся светодиод 15 сигнализации. !!рн разряде аккумуляторных батарей источника 6 питания срабатывает комиаратор 12 контроля напряжения, при этом напряжение на его выходе резко возрастает н о".-рывастся ключевой транзистор 13, в р» льтате чего загорастся светодиод 15 . гнализации. Установка срабатывания ком зратора 12 контроля напряжения задаст» потенциометром на неннвертирующем ходе комиаратора, а инвертирующий вход гого

1О

t5

55 компаратора подключен к плюсовой шине источника 6 питания.

Стабилизатор 8 напряжения с регулируюшим транзистором 17 собран по компенсационной схеме и настраивается с помощью потенциометра на инвертирующсм входе операционного усилителя 16 стабилизатора 8, неинвертирующий вход- операционного усилителя 16 подключен к стабистору, который является источником опорного напряжения 8 стабилизатора.

При снижении напряжения источника 6 питания ниже уставки срабатывания компаратора 12 контроля напряжения срабатывает блок 9 отключения источника питаний, который собран на транзисторной оптопаре

18 и ключевом транзисторе 19. При этом гаснет светодиод оптопары 18, закрывается фототранзнстор оптопары 18, открывается ключевой транзистор 19, который шунтнрует базу регулирующего транзистора 17 стабилизатора 8 напряжения. Регулирующий транзистор 17 закрывается, и ток, потребляемый снгнализатором метана. резко снижается, поскольку напряжение на эмиттере транзистооа 17 резко падает. Уставка срабатывания этого блока задается переменным сопротивлением в цепи светодиода оптопары.

Напряжение на датчике и его ток также резко снижаются, так как снижается напряжение стабилизатора 8 (эмиттер транзистора !7), которое является опорным для стабилизатора режима работы датчика ме. тана. Это предотвращает глубокий разряд аккумуляторов источника 6 питания и выход аккумуляторов из строя по причине глубокого разряда, а также предотвращает выдачу ложных показаний сигнализатора с разряженными аккумуляторами.

Гслн меняется температура окружающей среды грн отсутствии метана на датчике !, то меняется величина соиротчвлсния рабчего 2 и сравнительного 3 элементов д чика 1. Сравнительный элемент выполнен идентично рабочему элементу, но без каталитического покрытия. Прн увеличенич температуры сопротивление рабочего и сравнительного элементов увеличивается. При этом, Поскольку напряжение на сравнительном элементе остается постоянным, то уменьшается ток через сравнительный элемент, следовательно, уменьшается ток и через рабочий элемент, так как через рабочий и сравнительный элементы протекает один н тот же ТоК. Следовательно, увеличение сопротивления рабо его элемента ири увеличении теМЪературы компенсируется уменьшением тока через рабочий элемент и напряжение на рабочем элементе остается при увеличении температуры постоянным.

Такие же процессы происходят ири уменьшении температуры.

Благодаря наличию сравнительного элемента обеспечивается температурная стабильность электрического нуля и точности

ФормЧлп изобретения .О йзмерення сигнялизатора, таК как 1la выходе датчика напряжение при измене ни температуры остается неизменным.

Переносной шахтный снгнализатор метана по авт. св. ¹ 11 35537, отли сающийся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации метана, он снабжен дополнительными операционным усилителем, транзистором и потенцнометром, кр1йние выводы кото1рогт1 полклгочен а к шинам стабилизатора напряжг иия, и г1 > с1гедний вывод -- к прямому входу гни рициопного усилителя, инверсный вход которо го соединен с первым выводом датчика мс тана, второй вывод которого подключен к отрицательной шине стабилизатора, а третий вывод — к входу блока сигналнза ции и к эмиттеру транзистора, коллектор которого подключен к полож ительноф шине источника питания, а база — к выходу операционного усилителя.

Сост и инге.гл Ll Ии и г рапп» г г-еаахтор Т. Ларфетвн а Техред )1. Верхе Коряв»тор и Васнлл вз .3 глс,1 г 6. г4;,3", Тн1га» 34 1оапнсн;е

Ш111И113! Государственного кон»тета (.,(.(.Р г:

I !3035. Москва. Ж --ЗЬ, Ра3о скан н»6.. а 4 "г

Г1р навоаственио-поангрвгрнчсское пре;.прил гне. с. Ужгороа са 1lроектнап, 4