410167

( КАЬ шибал.:-.м тЬ,ОПИ 1 АНИЕ ЙЗСБРЕТЕНЙЯ 410 бу Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свидетельства Ъ Заявлено 25.11.1972 ( 1752107/23 М. Кл, Е 21 17/18 б 01 п 27/4присоединением заявкииоритет асудврственныи комитеСовете Министров СССРпа делам изобретенийи открытий УДК 628.356.64:66.012-52 (088,8) Опубликовано 051974. БюллетеньДата опубликования описания 8 Х 197 Авторыизобретения А А. Кузьмина, В. Б. Бел ин, А, Н, Серегин, В. А ов, Е. М. ПономаревБирюков агриновски Б. Ваучно-производственное объединение Агроприбор аявите ТРОЛЯ НИЧНО АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ К ИСЛОРОДНОГО РЕЖИМА ШАХТНОЙ И РАТМОСф ЕРЫ етение может быть использовано в хий и не техимической п омышленИзобрмическо ф Рности.Известно автоматическое устройство для контроля кислородного режима шахтной и рудничной атмосферы, содержащее полярографический датчик, выполненный в виде гальванического элемента и терморезистора и связанный с измерительным блоком, причем гальванический элемент включает в себя основной индикаторный электрод, дополнительный индикаторный и вспомогательный электроды, погруженные в электролит и закрытые полимерной мембраной.К недостаткам известного устройства относятся несовершенство измерительной схемы, обусловленное отсутствие усиления сигнала полярографического датчика и системы компенсации его температурного эффекта; постепенное увеличение остаточного тока, вызванное загрязнением электродов продуктами электр охимических реакций и недостаточно эффективная его компенсация; недостаточйые скорости стабилизации и реагирования.С целью повышения точности измерения и надежности работы в предлагаемом устройстве дополнительный индикаторный электрод выполнен в виде спирали, намотанной на наружной поверхности стержня, в торцевой части которого вмонтирован основной индикаторный электрод. Основной индикаторный электрод связан с вспомогательным электродом через измерительный блок с компенсаторами остаточного тока и температуры, причем 5 вспомогательный электрод выполнен в видецилиндра переменного сечения, расположенного на внутренней поверхности электролитной камеры, соединенной канавками с брикетом пористого полимерного материала, разме щенного с обратной стороны основного индикаторного электрода. Измерительный блок снабжен полупроводниковым термостабилизированным усилителем постоянного тока, выполненным в виде дифференциальной схемы 15 с регулируемым коэффициентом усиления исоединенным через регистрирующий микроамперметр контактного типа со свето-звуковым сигнализатором и терморезистором. Кроме того терморезистор расположен на наружной 20 поверхности гальванического элемента, соединенного с компенсаторами остаточного тока и температуры, связанными с термостабилизированным усилителем постоянного тока.На фиг. 1 представлена принципиальная 25 электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конструкция гальванического элемента полярографического датчика; на фиг. 3 - нижняя часть гальванического элемента полярографического датчика в увели ъ чепцом масштабе,45 50 55 60 65 3Автоматическое усрсиство содержит полярографическии датчик 1, выполцешый в виде гальванического элемента 2 и терыорезистора 3 и связанный с измерительныы блоком 4. Гальванический элемент 2 размещается в корпусе 5 из оргстекла, причем ввод и герметизация соединительного кабеля 6 осуществляется с поыощыо штуцера 7, фторопластовых шайб 3, резиновых колец 9 и фтсропластовой фигурной шайбы 10. Осцоьцоц индикаторный электрод 11 выполнешый из драгоценного металла (Р 1, Лц, Ао, Р 1) и закрытый со стороны анализируеыои среды полимерной ыеыбрапои 12, вмонтирован в торцовую часть стержня 13, па наружной поверхности которого цаыотац в виде спирали проволочный дополнительный индикаторный электрод 14 из драгоценного металла, С обратной сороны основного индикаторного электрода 1 разыецеп брикет 15 пористого полимерного материала, соединенного канавками 16 с элекролипой камерой 17, па внутренней поверхности которой расположен вспомогательцьи электрод 18, выполненный в виде цилиндра церемешого сечения из цинка, кадмия или свинца,Электролит заливается в камеру 17 шприцем через отверстие 19, которое закрывается пробкой 20, Вывод токоотводов от основного индикаторного электрода 11 и дополнительного индикаторного электрода 14, связанных непосредственно, осуществляется через капал 21. Стержень 13 и регулировка степени натяжения полимерной мембраны 12 фиксируотся с похощьо нажимной втулки 22, шайбы 23 и резинового кольца 24. Соединенный кабель 6 подключается к измерительному блоку 4 при помощи штепсельного разъема 25.Основной индикаторный электрод 11 связан с вспомогательным электродом 18 через измерительный блок 4 с компенсатороы остаточного тока, состоящим из источника питания 26 и резисторов 27 и 28, и компенсатором температуры, включающим мост из резисторов 29 - 33, в диагональ которого через переключатель 34 подключен регистрирующий микроамперыетр 35 контактного типа.Измерительный блок 4 снабжен полупроводниковьв термостабилизировацным усилителем постсяшого тока, выполненным в виде дифференциальной схеыы с регулируемым коэффициентом усиления.Транзисторы 36 и 37 образуют первый балансцый каскад усилителя постоянного тока, базы которых связаны между собой через резисторы 38 - 40, а коллекторы - через резисторы 41 - 43. Транзисторы 44 и 45 образуют второй балансный каскад, причем их коллекторы подключены к средней точке резистора 42. Источник питания 46 связан с усилителем постоя кого тока через резисторы 47 и 48 и гереключатель 34.Микроамперметр 35 через переключатель 34 и компенсационные резисторы 49 температуры и 50 регулировки шкалы подключен к эм 5 10 15 20 25 30 35 40 4ыитерпым резисторам 51 и 52 транзисторов 44 и 45, Резистор 53 обеспечивает возможность подключения вторичного самопишущего прибора. контакты микроамперметра 35 подключены к мультивибратору, состоящему из транзисторов 54 - 56, резисторов 57 и 58 и конденсаторов 59 и 60.Мультивибратор в сочетании с сигнальной лампой 61, громкоговорителем 62 и тумблером 63 образуют свето-звуковой сигнализатор, который совместно с терморезистором 3, расположенным па наружной поверхности гальванического элемента 2, соединен с термостабилизировапным усилителеы постоянного тока. Терыостабилизация усилителя постоянного тока достигается с помощью транзистора 64 и резисторов 47 и 65,Автоматическое устройство работает следуощиы образом. При коцтактировации полярографического датчика 1 с анализируемой средой в цепи гальваического элемента 2 возникает предельный диффузионный ток, величина которого прямо пропорциональна содержанию кислорода в анализируемой среде (фиг, 1), При этом молекулы кислорода диффупдируют через полимерную мембрану 12 к осцовно.,у индикаторному электроду 11, на котором происходит их электровосстановлепие (фиг. 2). Электролит в камере 17 служит для электрической связи основного индикаторного электрода 11 и дополнительного индикаторного электрода 14 со вспомогательным электродом 18, потенциал которого обеспечивает необходимую величину потенциала индикаторных электродов 11 и 14, лежащий в области предельного диффузионного тока электровосстацовлеция кислорода. Электро- химическая реакция на основном индикаторном электроде 11 идет одноступенчато с потреблением 4 электронов;О,+2 Н,О+4 е - 40 Н -при этом происходит растворение металлавспомогательного электрода 18, например,Сд- Сс 1 +2 е В результате во внешней измерительной цепи возникает предельный диффузионный ток процесса, регистрируемый микроампер- метром 35, величина которого прямо пропорциональна содержанию кислорода,Полимерная мембрана 12 процицаема практически только для кислорода, что обеспечивает селективность измерения его содержания. Дополнительный индикаторный электрод 14 задерживает ионы ОН - и Сд" при их диффузии в электролите, предотвращая тем самым загрязнение основного индикаторного электрода 11 ионами Сд и вспомогательного электрода 18 ионами ОН в . Проникновение кислорода в межэлектродное пространство вследствие возможной расгерметизации гальванического элемента 2 или его присутствие в растворенном виде в электролите ведет к электровосстановлению кислорода на дополнительпом индикаторном электроде 14, обеспечивая тем самым максимальный градиент содержация кислорода по обе стороны полимерной мембраны 12, а также минимальное зцачепие остаточпого тока.Ток гальванического элемента 2 через переключатель 34 поступает па вход первого балапсного каскада усилителя постоянного тока, где происходит усиление сигнала, С коллекторцых нагрузок трацзисторов 36 и 37 (резисторы 41 и 43) усиленный сигнал поступает на вход второго балансного каскада. Последовательное включепие двух балансцых каскадов необходимо для получения достаточного коэффиццсцпга усиления. К эмиттерцым нагрузкам второго бал ацсцого каскада (резисторы 51 и 52) через переключатель 34 подключен микроампермстр 35, который регистрирует усиленный сигнал гальванического элемента 2. Шкала микроамперметра 35 отградуирована в миллиграммах ца литр и процептах кислорода.Транзистор 64, резисторы 47 и 65 выполняют роль цепи обратной связи, служащей для температурной стабилизации коллекторцых токов транзисторов 36 и 37, но це влияющей при этом ца коэффициент усиления усилителя постоянного тока. При изменении температуры коллекторцые токи транзисторов 36 и 37 либо одновременно возрастают, либо уменьшаются, в связи с чем ца резисторе 47 появляется некоторое падение напряжения. Усиленный сигнал гальванического элемента 2 протекает по резистору 47 в противофазе, це создавая ца нем падения папряжения.При достижении максимальпо допустимого значения содержания кислорода в анализируемой среде стрелка регистрирующего микроамперметра 35 замыкает контакты, встроенные в его корпус, к которым подключена база транзистора 54, обеспечивающего запуск мультивибратора и подающего напряжение ца сигнальную лампу 61 и громкоговоритель 62. Резистор 42 служит для установки нуля микроамперметра 35,Для компенсации изменепия сигнала гальвацического элемецта 2 от изменения температуры анализируемой среды служит резистор 49, включецпьш в цепь микроамперметра 35, Уменьшение или увеличение сопротивления резистора 49 позволяет привести показания микроамперметра 35 ы номинальному значению содержания кислорода, соответствующему температуре анализируемой среды. Для этого предварительпо производят измерение температуры с помощью терморезистора 3. При изменении сопротивления тер 15 20 25 30 35 40 45 50 55 морезистора 3 в зависимости от изменения температуры в диагонали моста резисторов 29 - 33 происходит разбаланс, напряжение которого фиксируется микроамперметром 35, имеющим также шкалу, отградуироваццую в градусах Цельсия.Остаточпый ток, возникающий в гальваническом элементе 2, компенсируется при помощи резистора 28. Предмет изобретения 1. Автоматическое устройство для контроля кислородного режима шахтной и рудничной атмосферы, содержащее полярографический датчик, выполненный в виде гальванического элемента и терморезистора и связанный с измерительным блоком, причем гальванический элемент включает в себя основной индикаторный электрод, дополнительный индикаторный и вспомогательный электроды, погруженные в электролит и закрытые полимерной мембраной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и цадежпости работы, дополнительный индикаторный электрод выполнен в виде спирали, намотанной на паружпой поверхности стержня, в торцовой части которого вмонтирован основной индикаторный электрод.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной индикаторный электрод связан со вспомогательным электродом через измерительный блок с компецсаторами остаточного тока и температуры, причем вспомогательный электрод выполнен в виде цилиндра переменного сечения, расположенного ца внутренней поверхности электролитной камеры, соединенной канавками с брикетом пористого полимерного материала, размещенного с обратной стороны основного индикаторного электрода,3. Устройство по п. 2, отличающеес я тем, что измерительный блок снабжен полупроводциковым термостаоплизировацным усилителем постоянного тока, выполненным в виде дифференциальной схемы с регулируемым коэффициентом усиления и соединенным через регистрирующий микроамперметр контактного типа со светозвуковым сигнализатором и терморезистором.4. Устройство по пп, 2 и 3, о тл ич а ю щ е е с я тем, что терморезистор расположен на наружной поверхности гальванического элемента, соедицеццого с компенсаторами остаточного тока и температуры, связанными с термостабилизировацным усилителем постоянного тока.410167 Корректор Н. Лук едактор Е. Лев каз 1059/18 писио с.а оставнтель Т. Кузьмин Техред Т. Миронова Изд. ЬЪ 353 Тираж 565 ИПИ Государственного комитета Совета Министро по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5