Переносной шахтный сигнализатор метана

(5) 4 Г ОПИСАНИЕ ИаОБРЕТ НИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ струк. нсти. плен. кии,е бе. б. ствах точ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАЕМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 161) 1115537,ут по автомати 1 ации угольиой промюности с Гипроугл еавтоматизапия(54) ПЕРЕНОСНОЙ ШАХТНЫЙ СИЛИЗАТОР МЕТАНА(57) Изобретение 1 тноситсп к техникзопасности на угольных шахтах ииспользовано в автоматических средгазовой защиты. Гельповышение ности измерения концентрации метана. Уст. ройство состоит из датчика (Д) 1 метана, включакццего последовательно соелияенные рабочий элемент (РЗ) 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 Д задается при помощи 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 РЗ 2 н СЗ 3 при отсутствии метана равны, за счет чего при подаче метана на Д 1 на СЭ 3 ие у меняется напряженке, а на РЭ 2 увели.чивается. Благодаря этому напряжение на, выхоле Д 1 увеличивается иа полную величину приращения напряжения РЗ 2, 1 ил.45 50 55 1 зобретснис отиос.тся к технике безо. пдсности на угольных шахтах, и именно к двтоматицеским срслствам газовой защиты, и может быть использовано для непрерывного автомдтицеского контроля концентрации метана в шахтной атмосфере и сигнализации о превышении допустимых норм конценграции метана в шахте.Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации метана и помехозащищсниости сигнализатора за сцст увеличения отношения величины полезного сигнала нд выходе датчика метанд к величине си 1 дла ошибки.д чертеже представлена принципидль. иая электрическая схема сигналиэаторд.Переносной шахтный сигнализатор мстана содержит датчик 1 метана, состоящий иэ последовательно соединенных рабочего 2 и сравнительного элемента 3, которые им 4.От Общу 0 тОчкУ 4. Вывод сравнитезь. ного элемента 3 соединен с минусовой 4 бцй) ииной 5 источника 6 питдии.Блок 7 сигнализации и измерения кон. пнтрдции метана соединен с источником 6 питания через стабилизатор 8 напряжения с и.4 кКч 414 ым к нему блоком 9 отклк- цсиия истоцникд питания.1 лок 7 4.Н 1 нз,и:дции и и.ир 44 ия к 4 и-,р,1; 1; и и 4У. и т. ь4И 4.д. к 4 мириторы1, 2, клкцной рнзисгор 13 и ряд резисторов. 1 д вых. 4,10 к ( игнлизации и иэм 4 ния кон. цснтрдции мстдна предусмотрены измеритель 1 1 к Нснтрднии четднд и светодиодо сигнализации.Стабилизатор 8 напряжения выполнен в видспервОниого уилитсля 16 с рг) . лирукИим тра нзи тр 1 м 17 К тбили. здтсру 8 идпржиия подключен блок 4 от. к.к 44. НиЯ исто 4 пик питдииЯ, с 461 ниы И 1 оптоар 8 и клкц 4.41 м трдиистор 4 1) Стабилизатор 20 режима работы датчик м. тдна ныпол 4 с 4 в виде операционного хси. лителя 21 с потеициометром. 22 и регулирующим транзистором 23.База регулирующего транзистора 23 асдинсна с выходом операционного усилител я 2 1, коллек 1 ор подключен к пл юсовой нине источника 6 питания, а эмиттср транзистора 23 соединен с входом блока 7 с. гн .1 изации и измерения концентрации мс. тдн и выводом рабочего элемента 2 ддт. цикд метана. В качестве выхода датчика 1 метана используется вывод рабочего элемс и. тд 2. Сравнительный элеменг 3 датчика 1 иклкчсн в цепь отрицательной обратной связи стабилизатора 20 режима работы датчика, при этом инвсртирующий вход опера. циоиного усилителя 21 подключен к общей точке 4 датчика метана. Неинвсртирукци вход операционного усилителя 21 соединен со средней точкой потенциометра 22.Шахтный сигналиэатор метана работает следуюцим образом. 5 О 15 20 25 30 35 40 При отсутствии метана на датчике 1 метана задается при помощи потенциометра 22 начальный режим работы датчика метана. При этом напряжение на средней точке потенциометра 22, к которой подключен неинвертируюци й вход операционного усилителя 21, устанавливается равным половине номинального напряжения питания датчика метана. Благодаря тому, что стабилизатор 20 режима работы датчика дейст. вует как автоматический регулятор напряжения на сравнительном элементе 3 датчика 1, ток через рабочий элемент 2 полдерживдется 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 трд.зистора 23 не вызывает изменения напряжения на эмиттере этого регугНр) кц 14 транзистора 23, а следовательно и нд датчике 1, тдк как напряжение на потенциометрс 22 поддерживается постоянным, поскольку он питается от стабилиздгора 8 напряжения, а база транзистора 14;клн 4 н и ыходу операционного усили. тл 21, дйствующего как усилителя наЧЯ 4 НИ ДСОГЛ 4 ОНДИИЯ МСЖДХ 4.ГО ВХО. лами. Гдких образом, режим работы датчик задается неизменным при помощи ста. билитора 20 4 счет поддержания постоянным напряжения на сравнительном элемитс 3 и тока через рабочий элемент 2, причем сопротивления рабочего и сравнительного элементов при отсутствии метана примерно равны. Кроме того, поскольку на рдинитсльном элементе 3 поддерживается постоянно напряжение, д его сопротивле. нипКтоянно при неизменной температур, го и ток через сравнитльный элемент 3 поддерживдетс постоянным. В результате гдбилиздтор 20 поддерживает на сравнительном элементе 3 постоянную мощнг ть, тдк кдк его ток и напряжение постоянны. ЬлдОлдря такому режиму работы датцикд 1, определяемого стабилизатором 20, изменение напряжения на рабочем элементе 2 при подаче метана на датчик 1Ири постоянной температуре окружающей среды) не оказывает влияние на напряжс. ние ид ср;4 виительиом элементе, которое при подаче метана остается постоянным. При подафе метана иа Латчик 1 напряжение на рабочем элементе 2 увеличивается, так как на рабочем элементе происходит окисление метана, н вылсляемая при этом тепловая энергия преобразуется в приращение сопро. тивлсння рабочего элемента, выполненного в виде спирали из платинового микро- провода, с нанесенным на него каталитическим покрытием, и рабочий элемент питает 444542зся постоянным током от стабилизатора 20. Поскольку напряжение на сравнительном элементе 3 поддерживается постоянным при помощи стабилизатооа 20, то напряжение на выходе датчикаувеличивается 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 инвертирующий вход усилителя 10 поступает опорное напряжение, снимаемое со средней точки потенцнометра, питаемого от стабилизатора 8 напряжения. Предварительно ири отсутствии метана при помощи этого иотенциометра устанавливается электрический нуль сигнализатора по шкале измерителя 14 концентрации метана, т. е. уста. навливается равенство напряжений на выходе датчика 1 и на средней точке потенциометра установки нуля.Благодаря укаэанному включению выхода датчика 1 и средней точки потенциочетра установки нуля, а также описан. ному режиму работы датчикак входам усилителя 10 подводится полное приращение напряжения рабочего элемента 2 датчикаметана, возникаюгее при подаче мгани За счт этого ре .лизуется увели.иглчины полезное сигнала на вы. ход датчика.Таким образом, обеспечивается иовышен точности измерения концентрации мета на.Сигналнзатор предварительно калибруется путем подачи аттестованной метановоздушной смеси на датчик метана при по. моши регулировки коэффициента усиления усилителя 10. Для этого предусмотрен иотенциометр в цепи обратной связи усилитлч О, с помощью которого показание измерителя 14 устанавливается равным кон. иентрацни метана в аттестованной смеси.выхода усилителя О сигнал поступает на вход компаратора 11. При превышении заданного значения концентрации метана сигнал на выходе компаратора 1 резко возрастает, поскольку величина сигнала на выходе усилителя 10 превышает напряжение на неинвертирующем входе комиаратора1, которое задается потенцио. метром уставкн срабатывания сигнализации. Положительный потенциал с выхода компаратора1 открывает клкневой транзистор 1 3 и загорается светодиод 15 сигнализации, ри разряде аккумуляторных батарей источника 6 питания срабатывает комиаратор 12 контроля напряжения, при этом напряжение на его выходе резко возрастает и о"-ры. вается ключевой транзистор 13, в р льтате чего загорается светодиод 15 . гнализации. Установка срабатывания ком эра. тора 12 контроля напряжения задает потенциометром на неннвертирующем ходе комиаратора, а инвертирующий вход гого 5 1 О 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 компаратора подключен к плюсовой шине источника 6 питания.Стабилизатор 8 напряжения с регулирующим транзистором 17 собран по компенсационной схеме и настраивается с ио. мощью потенциометра на инвертирующем входе операционного усилителя 16 стабили. затора 8, неинвертирующий вход- опера. ционного усилителя 16 подключен к стабистору, который является источником опорного напряжения 8 стабилизатора.При снижении напряжения иеточника 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 фототранзистор 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 датчикеи 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.Гели меняется температура окружающей среды ирн отсутствии метана на датчике , то меняется величина соиротнвлния раб чего 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 рабочего элемента ири увеличении теьпературы компенсируется уменьшением тока через рабочий элемент и напряжение на рабочем элементе остается при увеличении температуры постоянным. Такие же процессы происходят при уменьшении температуры.Благодаря наличию сравнительного элемента обеспечивается температурная стабильность электрического нуля и точностиаамерения сигнялнаатора, таК как иа выходе датчиканапряжение при изменении температуры остается неизменным,ФормЧлп изобретенияПереносной шахтный сигналиэатор метана по авт. св. М 11 5537, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации метана, он снабжен дополнительными операционным усилителем, транзистором и потенциометром,кр 1 В 1 ие выводы которого полклго 1 ег 11 а к 1 пи. нам стабилиэзтора напряжг ии, и г 1 о г 1 гед. ннй выводк прямому вхгтду гни рииигнп 1 ого усилителя, инверсный вход которо го соединен с первым выводом датчик 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 положительно% шине источника питания, а база - к вы. ходу операционного усилителя, Составите,гл 11 Иииг раппа г елахтор 1. Ларфетхнгга Техред )1. Верхе Коррнтор йп Васнлл вз