Переносной шахтный сигнализатор метана

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО, 1634 51)5 Е 2 Г 17/18, 9/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ПЛАНТ СССР(46) 5.03.91. Бюл.1 О71) Государственный проектно-конструк. торский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности(56) Карпов Е. Ф., Биренберг И. Э. и Басовский Б. И. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. М.: Недра, 1984, с, 91 - 110.Биренберг И. Э. и др. Новый сигнализатор метана для угольных шахт. - Безопасность труда в промышленности,9, 1985, с. 39 - 40.54) ПЕРЕНОСНОЙ ШАХТНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР МЕТАНА57) Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к автоматическим средствам газовой защиты, и м. б. использовано для непрерывного автоматического контроля концентрации метана (КМ) в шахтной атмосфере и сигнализации о превышении допустимых норм КМ в шахте. Цель - повышение точности из. мерения КМ, точности срабатывания сигнализации и уменьшение времени подготовки к работе. Датчик 1 метана через усилитель 2 подключен к измерителю 3 КМ и блоку 4 сиг. нализации. Выход усилителя 2 также подключен к цепи последовательно соеди ненных нуль-органа 5, реверсивного счетчика 6, ЦАП 7 и инвентирующего усилите. ля 8. Выход усилителя 8 подключен к входу усилителя 2. Ко второму и третьему входам счетчика 6 подключены выходы формирователя 10 импульсов сброса и формирователя 9 тактовых импульсов и временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя 10. Формирователь 9 генерирует пакет импульсов, который суммируется с импульсами, предварительно записанными в счетчике 6. Направление счета определяется полярностью напряжения электрического поля на входе нуль-органа 5. Двоичный код с выхода счетчика 6 через ЦАП 7 и усилитель 8 подается в виде аналогового сигнала на вход усилителя 2, компенсируя уход нуля. 3 ил.50 55 1 3(с)рсГснис отн(си Г(51 к схник( бези(1(Н)С ГИ Н 3 Л ГОЛ 1 н 3 Х Н 3 Д ХГ 1 Х, Д ИЧЕ Н НО К ,)ичомдтичскич средствам газовой здциты, и чожет 6 ы Гь использовано лля непрерывного автоматического контрол концентра ии чстднд в иЗхтной атмосфере и сигнали(дции о превыпснии;п)пустичых норм кони Н ГР;1 ЦИИ ЧЕТ) НД Я НХТЕ.1 сегь изобртени повышение точносГи и (мерси концентрации метана, точностир,6 агы)Зни сигндлизации и ученьшение ы чс ни нолгтовки к рабс)те.11,3 фиНрелстанлена блок-(хема пред,к(нн 3 срснсснсо шахтного сигндлиза 1 р. ч, Г;нд; нд фиг 2 - форчировдГс Ь ДКОНЫХ ИЧПУЛЬГОВ И НРЕ СННЫХ ИН- :ср д н и формирователь импульса сброса и Ид и д Гсрд; нд фиг 3 - временные , ,.л 1, Н 5 СИК)ни( р 16 ОТЛ Ормирона 1, к 3, . ),чиу.1,(н и в)ы м( нных интер 1;,и и .1. ж(ни(г син)лиазГора.1: Н ый нс риснй нЗхтныйиг13) , он 3 с,1( р ж и т ( ф1 ) лд тНкл( 1;1:, осксО цний с(цз чсили., 3 и(.3 к вхол)м и лри геля 3 " НН Н : Н И и Л 1 СН 3 И О,ОК( 4 СИ Нд.ИЗЗИи, 1,.(РГ,и:, НЛКЛКЧЕННЫИ ВХСЛОЧ К И 3Л( 3 3 ИЧ С, . С И Н 3.111, Д 1,ХООЧП(, К.К)Ч.;(и ДРВЛ 3 И СЧГС ("3,( ч( чик; 6, вылч рсн(рсиннсод 1 псл.,кчсн к х лу цифроана- Ого 3 рсбр) овд тел 7, сы линенногс1(л л ,ы 3 (нч ирл к)ни 1 (илитель 8но ( л и и (л 2 и н;)лд, (1 х).1 форлиОи;1 .1;1 Г;1 к Оиь х им нлсо 3 и в 1)ечен- НЫХ ИНРИ;,ОИ ЛИНЕН СО СЧ( ГНЫЧ ВХО- очс Ги рсинного чс) чик 1 , сы)рчировд,(л, ( Нмиллсв сброса сс)ли 1 н с вхо; 1(С(1 1)НН 1 Х ф(РлНР(;1111(.,) ТЗК- оих 3 лгон и 1 ы чс нных инс рв;лов и 3,л р 1 зрс;нсн 353 3 Ниси р 3(срси вноГО ст Икд .Б3рч и (1 р и;3 и т н р(( ж( н н Оо с ив ) и (; од ихо нуль-орг;д 5 ислкнчс н к иых).у и(ч(рите. 3 коппс нтр:)ции летдна, и (ыхоч ин 3( ртирунн; о уси,и)еля 8 полклк)- чн; нхлл измеритс,я 3 конИтрдции Л 1 311(Р рчи(ы)вд ,ь Ч тактовых имплльсов и ы ч(Нь х ин Г рнд ов (фиг 2) ссдержити );сОр 11 ",л гных имнуль ов, дсинхронни лн)и Н,и (четник 12, элсч(нты И 131 и5, К 11)игер 16, риисч выхол Ген(- 0;р:)Зктсных илнлльссв ( "1" И) полк,Кчн . ч 1 нлу ихол (.чет 1 икд 12 и Оли чл и 3 нхо;ов л.чснгд И 15 Выхо;1 ь счет 12 ,)- и с)(Кн.инсны ( пхолдчи лслцнгд И 3 ныхол которого соелинен с (. Нхо . три ггс рд 6. Вхогь элс мента И 4 ы ли(сны соотетственнс ( выхолоч.3 л . 3 ч нхоЛм:)л(лси Гд 15 с-вхо,ьетфИк,( 2 и рис( рд 6 иолклктчены к форлО,3(хК) ) л(нус,1 (бр(;1 ВХО: элс 5 10 15 20 25 30 35 40 45 мента И 15 подключается к счетному входу реверсивного счетчика 6.Формирователь 10 импульса сброса (фиг. 2) содержит инвертор 17, резистор 18 и емкость 19, причем резистор 18, соединенный с источником питания, и емкость 19, соединенная с обцим проводом, подключены к входу инвертора 17, выход которого соединен с К-входами (входами сброса данных) счетчика 12, триггера 16 и входом разрешения записи реверсивного счетчика 6.В качестве датчика 1 метана и блока 4 сигнализации могут быть использованы термокаталитический датчик и блок сигнализации от серийного сигнализатора метана с.игнал. В качестве измерителя 3 концентрации метана может быть использован либо аналоговый измеритель (стрелочный чилливольтметр), либо цифровой измеритель, собранный на аналого-цифровом преобразователе К 572 ПВ 2 с цифровыми светолиолными индикаторами, как и в сигнализдторе-прототипе (.ИгналВ качестве нуль-органа 5 используется известный нуль- орган (компаратор, летектор нуля), собранный на операционном усилителе.11 ифроандлоговый преобразователь (1)АП) 7 может быть выполнен на серийной микросхеме ЦАП. В качестве генератора тактовых импульсов 11 используется мульти- вибратор, собранный по типовой схеме.Предложенный сигнализатор работает слеллкщим образом.При включении сигнализатора, которое произвочится на поверхности шахты в среде чистого воздуха, питание подается на датчикметана и другие блоки сигнализатора. При этом происходит разогрев датчикало температуры начального нагре)в (Около 450 С,). Нд выходе (в диагонали) изчс рительного моста, в который включен датчик 1 метана, после прогрева устанавливастся некоторое напряжение, называемое напряжением электрического нуля, Как правило, оно не равно нулю и может иметь любую полярность и является главной причиной появления погрешности измерения концентрации метана и погрешности срабатывания сигна.чизации. Это напряжение электрического нуля усиливается лифференциальньм усилителем 2 сигнала и поступает на вхолы измерителя 3 концентрации метана, блока 4 сигнализации и нуль-органа 5. Величина напряжения на выходе нуль- органа 5 зависит от полярности напряжения на его входе: при положительной полярности напряжения на входе нуль-органа и его выходе будет напряжение высокого уровня, а при отрицательной полярности напряжение низкого уровня.При включении сигна.чизатора с выхода формирователя 10 импульса сброса на х-входы (вхолы сброса данных) счетчика 12, триггера 16 и вход разрешения5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 записи реверсивного счетчика 6 поступает однократный импульс сброса Иг (положительный импульс), длительность которого (порядка нескольких миллисекунд) определяется величиной емкости 19 и резистора 18. При этом происходит запись числа 128 в реверсивный счетчик 6 за счет подачи на входы предварительной записи счетчика 6 соответствующих потенциалов согласно двоичному коду числа 2=28, которое выбрано из требования получения заданной точности и диапазона коррекции электрического нуля. Это число равно половине емкости 8-разрядного реверсивного счетчика 6.Таким образом, диапазон коррекции нуля разбит на две равные части - по 128 разрядов для компенсации ухода нуля положительной и отрицательной полярностиС выхода ГТИ 1 поступают тактовые импульсы И на счетный вход счетчика 12, а с выходов О 7 и Я счетчика 12 на входы элемента И 3 поступают соответственно напряжения Из и И 4 с частотами следования импульсов соответственно в 2=128 и в 2=2048 раз меньше, чем частота импульсов И.Импульс И;, с выхода элемента И 13 используется лля запуска К 5-триггера 16, который используется лля однократного осуществления коррекции э.чектрического нуля сигнализатора. Для повторного произ. водства коррекции нуля необходимо выклю. чить и вновь включить сигнализатор (чтобы осуществить сброс КЬ-триггера 16 при помощи формирователя 1 О импульса сброса). При срабатывании 1 х 5-триггера 16 напряжение Ип на его инверсном выходе меняется скачком с напряжения логической 1 до напряжения логического О. При этом на выходе элемента И 14 формируется импульс И;, равный по длительности 128 тактовым импульсам Иь В результате на выходе элемента И 15 получается пачка 128 тактовых импульсов (И 8), которая формируется через промежуток времени после включения сигнализатора, равный 2048 длительностей тактовых импульсов И, составляющий приблизительно 10 - 12 мин, что соответствует времени прогрева датчика 1 метана. Из указанных соображений выбирает. ся длительность тактовых импульсов (0,35 с) .Таким образом, с выхода формировате. ля 9 тактовых импульсов и временных интервалов поступает на счетный вход реверсивного счетчика 6 последовательность из 128 импульсов, которые либо вычитаются, либо добавляются к 128 импульсам, уже записанным ранее в счетчике 6 в зависимости от состояния нуль-органа 5, управляющим направлением счета реверсивного счетчика 6. При напряжении высокого уровня на выходе нуль-органа 5 указанные 128 импульсов суммируются в счетчике 6 со 128 импульсами, записанными раньше, а при напряженин низкого уровня эти импульсы вычитаются от ранее записанных.Предположим, что на выходе усилителя 2 сигнала присутствует напряжение электрического нуля положительной полярности. При этом на выходе нуль. органа 5 также будет напряжение высокого уровня, а реверсивный счетчик 6 суммирует число импульсов, равное 128, с выхода формирователя 9 с предварительно записанными 128 импульсами в счетчике 6. Гри этом цифровой сигнал в двоичном коде (8 разрядов) с выхода счетчика 6 поступает на ЦАП 7 и преобразуется в положительное аналоговое напряжение, которое инвертируется усилителем 8, поступает на неинвертируюший вход дифференциального усилителя 2 и суммируется с положительным напряжением электрического нуля. Инвертируюший усилитель 8 служит для согласования выхода ЦАП 7 с входом усилителя 2. Поскольку напряжение с выхода инвертируюшего усилителя 8 в приведенном случае имеет отрицательную полярность, то результирующее напряжение на выходе усилителя 2 уменьшается и происхолит коррекпия электрического нуля. Это уменьшение напряжения на выходе усилителя 2 происхо. лит до тех пор, пока не сменится знак напряжения на выходе уси.чителя 2 и, следо. вательно, уровень напряжения на выходе нуль-органа 5, а также направление счета реверсивного счетчика 6. Но так как с выхода формирователя 9 поступает только одна пачка 128 импульсов, то на этом цикл коррекции нуля заканчивается.Таким образом, усилитель 2 охвачен цепью отрицательной обратной связи: нуль- орган 5, счетчик 6, ЦАП 7, инвертирующи й х силитель 8. При отрицательной полярности напряжения электрического нуля сигна,чизатор работает так же, как и при положительной полярности, только полярности указанных напряжений будут обратными.Продолжительность коррекции нуля составляет около 45 с при длительности тактового импульса 0,35 с с количеством им. пульсов коррекции, равным 28. С поступлением каждого тактового импульса коррекции абсолютная величина электрического нуля уменьшается на 0,01 об.о СН, (шаг коррекции). Таким образом, диапазон коррекции нуля достигает +-1,28 об.о (при 128 импульсах коррекции), что значительно превышает реальный уход нуля (обычно, не более +-0,3 об.о ), тем самым обеспечивает. ся достаточный запас коррекции После осугцествления коррекции возможно остаточное значение электрического нуля (не более + 0,02 об о ), которое обусловлено ненулевой величиной разрешающей способности нуль-органа 5, при этом в счетчике 6 остается записанным такое число в двоичном1634806 формула изобретения коле, которое при суммировании на входе усилителя 2 (после преобразования ЦАП 7 и инвертирующим усилителем 8) обеспечивает величину электрического нуля, близкую по абсолютной величине к нулю.Таким образом, в предложенном сигнализаторе за счет коррекции ухода электрического нуля повышается точность измерения концентрации метана и точность срабатывания сигнализации, а также уменьша. сгся время проверки при подготовке сигнализдторд к эксплуатации, поскольку указандя коррекция ухода электрического нуля ол цествляется автоматически. Тдк, если в сигнализаторе Сигнал, ринятом зд прототип, уход электрического уляврсмя работы в шахте 8 - 1 О ч можетст;взять величину + (О,1. - 0,2) об.% СН ри величине абсолютной погрешности измереия и србдтлвдния сигнализации -0,3 об ",;, ( Н то в предложенном сигна. ли тре ух д электрического нуля компенси(у тся и т коррекции, чем самым точ гь н мер ння и срабатывания сигналипп гыидется на + (0,1 -- 0,2) об.% СН,.1 ри этом сокрдщене времени проверки при . до гож к эксплдтдци предложенного . гдторд и сравнению с сигнализатором, ри пятым зд прототип, соста в чяет :3 5 мнд один сигндлиздтор в смену, что прп больпом числе приборов на шахте (100 200 шт ) может достигать зндчительой вдичиы (не менее 5 ц в смену на бридлу эч ктпослесдрей из 5 человек). Ьаду разрешения ьиписц ре Версо 5 нага снетчцгго б В конечном итоге, использование предложенного сигнализатора позволяет ловы- сить безопасность труда на шахтах, опасных по газу. Переноснйй шахтный сигнализатор ме.тана, содержащий датчик метана, подключенный через усилитель сигнала к входам измерителя концентрации метана и блока сигнализации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации метана, точности срабатывания сигнализации и уменьшения времени подготовки к работе, в него введены нуль-орган, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, формирователь тактовых импульсов и временных интервалов и формирователь импульса сброса, причем выход усилителя сигнала соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к входу переключения направления счета реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика подключен к входу цифроаналогового преобразователя, соединенного выходом через инвертируюший усилитель с входом усилителя сигнала, выход формировате,чя тактовых импульсов и временных интервалов соединен со счетным входом реверсивного счетчика, при этом выход формирователя импульса сброса соединен с ЗО входом сброса формирователя тактовых импульсов и временных интервалов и входом разрешения записи реверсивного счетчика.:-з р деи 1 Редактор Заказ 73 Вт 1 ИИ 111 Г Келечеш ир бретс н Ра 1 шс 11с нт К 1 ГГ (3:(:Р 1 рои вод а н 1 шни, 1 и 1 дА Кк 271а но из35,бина сдарственного комитет1 1 3035, .Москва, Ж твенно издатсдьский кок:)л ькин Корректор И 11 одниснк н и открытини нр ан наб, и 4 о Уксо 1 нд, н Г