Способ искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля и устройство для его осуществления

(51)5 Е 21 Г 9/ САНИЕ ИЗОБРЕТЕ О А 6 602 ГОСУДАРСТВЕННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт горного дела им. А.А, Скочинского(56) Биренберг И.Э. ЦНИИЭ и НТИ угольной промышленности. Система автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания метана в рудничной атмосфере АМТ-З, М., 1972.,Авторское свидетельство СССР ЬЬ 773664, кл. Е 21 Р 9/00, 1981.(54) СПОСОБ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ДИСТАН ЦИОН НОГО ПИТАНИЯ ШАХТН ЫХ . ДАТЧИКОВ АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано в автоматической тазовой защите, Цель - повышение надежности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности, подводимой к датчикам на всем протяжении линии связи. Способ основан на придании нагрузочной характеристике источника электрической энергии нелинейного характера. На выходе источника в линии электропитания стабилизируют ток в диапазоне возможного изменения сопротивлений линий и датчика, а на выходе линии непосредственно в датчике стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления, Устройство, реализующее данный способ, содержит источник 1 электрической энергии, стабилизатор 2 тока на регулирующем транзисторе 3, линию 6 электропитания и датчик 7 аэрогазового контроля. В датчик введен стабилизатор 8 напряжения, подключенный параллельно це. пи питания, а в стабилизаторе 2 тока в цепь базы регулирующеГо транзистора 3 включен диод 4. Переход эмиттер-коллектор регулирующего транзистора зашунтирован емкостью, величина которой выбирается исходя из допустимой для данного транзистора скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер - коллектор. 2 с,п.ф-лы, 3 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к автоматической газовой защите на угольных шахтах и позволяет повысить искробезопасную мощность, стабильность и точность измерений состава и параметров взрывоопасной рудничной атмосферы путем увеличения КПД использования и поддержания на заданном уровне подводимой к датчикам искробезопасной мощности путем придания нагрузочной характеристике источника электрической энергии (постоянного или пе. ременного тока) нелинейного характера,Известен способ искробезопасного дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля, основанный на стабилизации напряжения в источнике, который реализован в системе автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания метана в рудничной атмосфере АМТ-З, содержащей феррорезонансный стабилизатор напряжения, токоограничительный резистор, искрогасящий шунт на вариконде, двухпроводную линию электропитания, а в качестве нагрузки - датчик контроля метана.Недостатками системы являются нагрузочная характеристика источника электрической энергии имеет линейный характер, что не позволяет достигнуть величины коэффициента использования искробезопасной мощности более 0,25, таккак в режиме короткого замыкания источника ток значительно превышает потребляемый ток нагрузки, в связи с чем снижается уровень искробезопасности; ограниченная длина линии электропитания (максимальное сопротивление шлейфа двухпроводной линии для двух километров составляет порядка 150 Ом), в пределах изменения которой ток, потребляемый датчиком и чувствительным элементом, уменьшается на 20% от максимального значения, что приводит к перераспределению потребляемой мощности и к нарушению стабильности параметров питания измерительной схемы. Кроме того, искрозащитный шунт на вариконде выбран из соображений максимального подавления перенапряжений во вторичной обмотке и имеет большую величину емкости, составляющую 0,1 мкф. Эта емкость эквивалентна по воспламеняющей способности емкости 1,5 км линии электропитания, что не позволяет удалять датчик от источника на расстояние более чем 2 км,Известно устройство, которое содержит источник постоянного тока, двухпроводную линию, схему элементов шунта на тиристоре, . выпрямительном мосте, дросселе, конденсаторе и нагрузку, Дроссель и конденсатор используются в качестве элементов выделения суммарного сигнала, воздействующего на тиристор, величина которого пропорциональна скорости нарастания напряжения питания и скорости изменения тока в нагрузке.Данное техническое решение может быть использовано. с источником постоянного либо выпрямленного тока, однако ему присущи недостатки. Кроме того, подключение длинных линий электропитания снижает эффективность искрозащиты путем снижения сигнала по скорости изменения тока.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля, реализуемый в устройстве для дистанционного аэрогазового контроля, содержащем датчик, линию электропитания и феррорезонансный стабилизатор напряжения, к выходу которого подключен стабилизатор переменного тока на регулирующем транзисторе, Устройство имеет нелинейную нагрузочную характеристику.Однако по линии электропитания к датчику подводится непостоянная мощность, которая зависит от изменяющегося входного сопротивления датчика, что не исключает выхода источника из режима стабилизации тока. Изменение входного сопротивления, даже при постоянстве тока приводит к изменению напряжения питания на входе датчика, а следовательно, и к нарушению его метрологических характеристик, Кроме того, устройство не позволяет повысить искробезопасную мощность на выходе стабилизатора тока и добиться значительного увеличения сопротивления и протяженности линии электропитания, так как вынужденная необходимость повышения напряжения источника приводит к критическому значению скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер - коллектор регулирующего транзистора (при коммутации внешних цепей), способному вызвать кратковременные пробои данного перехода даже при напряжениях, не превышающих предельно допустимых значений. В результате этого при повреждениях внешней цепи в разрядах происходят кратковременные выбросы тока до значений тока короткого замыкания источника (если бы не было стабилизатора тока), которые приводят к увеличению энергии разряда, а следовательно, и к нарушению искробезопасности цепи.Наличие емкости, шунтирующей переход коллектор - база регулирующего транзистора без наложения требований к еевеличине при больших перепадах напряжения на стабилизаторе тока не исключают пробоя данного перехода и нарушения искрозащитных свойств транзистора, как токо- ограничительного элеменга.Таким образом, рассмотренные способы и технические решения не позволяют обеспечить одновременно требуемую искробезопасную мощность, стабильность и точность измерения датчиков аэрогазового 10, контроля при дистанционном питании их по длинным линиям с изменяющимся омическим сопротивлением, так как нагрузочная характеристика линии и датчика не позволя 15 ет поддерживать на заданном уровне ток инапряжение на входе датчика.Целью изобретения является повышение искробезопасности, стабильности и точ Согласно способу искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля, основанному на придании нагрузочной характеристике источника электрической энергии нелинейно-, 25 го характера, на выходе источника в линии электропитания стабилизируют ток в диайазоне возможного изменения сопротивлений линии и датчика, а на выходелинии 30 непосредственно в датчике стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления,Кроме того, в устройстве искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля, содержащем источник электрической энергии, стабилизатор тока на регулирующем транзисторе, линию электропитания и датчик,в датчик вводят стабилизатор напряжения, подклю 35 40 ченный параллельно цепи питания, а в стабилизаторе тока в цепь базы регулирующего транзистора включают диод, переход эмиттер-коллектор зашунти рован емкостью, величина которой выбирается исходя 45 из допустимой для данного транзистораскорости нарастания напряжения на переходе эмиттер - коллектор в соответствии сусловием: С -1Йэигргде Вэ - сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора;бр - граничная частота работы транзистора.На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации способа на фиг.2 и 3 - принципиальные электрические 50 55 ности измерений параметров рудничнойатмосферы. 20 схемы устройства для реализации способа искробезопасного дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля от источников переменного и постоянного токов.Устройство содержит источник 1 электрической энергии переменного фиг.2) или постоянного (фиг.З) тока, стабилизатор 2 тока на регулирующем транзисторе 3, линию 6 электропитания и датчик 7 аэрогазового контроля, причем в датчик введен стабилизатор 8 напряжения, подключенный параллельно цепи питания, а в стабилизаторе 2 тока в цепь базы регулирующего транзисто- ра 3 включен диод 4, эмиттер-коллекторный переход зашунтирован емкостью 5, величина которой выбирается исходя из допустимой для регулирующего транзистора 3 скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер - коллектор в соответствии с условием;С -1 Йэгр где йэ - сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора;бр - граничная частота работы транзистора 3,В качестве источника 1 питания в устройстве может быть использован трансформатор (фиг.2) или трансформатор с выпрямителем (фиг.З). Стабилизаторы 2 тока в устройстве отличаются только спецификой их работы на переменном и постоянном токе и формированием опорного напряжения. В устройстве на фиг,2 это достигается дополнительной обмоткой трансформатора, работающего в режиме насыщения по принципу.феррорезонансного стабилизатора напряжения, а в устройстве на фиг.З опорное напряжение формируется на стабилитроне. Стабилизаторы 2 тока выполнены совместно с источниками 1, а стабилизаторы 8 напряжения выполнены в датчиках 7 совместно с их электрическими преобразователями 9.Устройство, реализующее способ, функционирует следующим образом.В нормальном режиме работы по линии 6 независимо от величины ее омического сопротивления протекает ток, постоянный по величине и с сохранением формы. В зависимости от изменяющегося входного сопротивления датчика 7 ток перераспределяется между стабилизатором 8 напряжения и преобразователем 9 датчика 7 таким образом, что мощность, подводимая к датчику 7 и реализуемая им, остается по1710778 С=1/ 50 55 стоянной за счет стабилизации .напряжения. При коротком замыкании линии 6 навыходе стабилизатора 2 тока скорость нарастания напряжения на переходе эмиттерколлектор регулирующего транзистора 3 недостигает опасных для пробоя значений путем выбора оптимальной величины емкости5. Это значение определяется из.постоянной времени заряда ВС, обеспечивающейвремя нарастания фронта напряжения, эквивалентное периоду Т граничной частотыигр для данного типа транзистора 3. Исключение всплесков тока позволяет снизитьэнергию разряда, повысить искробезопасную мощность на выходе стабилизатора 8напряжения, а следовательно, увеличитьпротяженность линии.б. Включение диода4 в цепь базы транзистора 3 также повышает искробезопасность путем исключе. ния возможности пробоя по описаннымпричинам перехода база-коллектор транзистора 3,На основе предлагаемых способа и устройства был изготовлен экспериментальный образец источника питания, а всерийно выпускаемый датчик метана ДМТ введен стабилизатор напряжения. Испытания на искробезопасность на стандартномискрообразующем устройстве МЭК показывают, что при напряжении источника питанияО = б 5 В, токест =40 мА, емкости, шунтирующей транзистор, С3000 пф, длине линии,содержащей источник питания с датчиком, до5 км(кабель ТАШ, й =375 Ом) схема являетсяискробезопасной во всех режимах, обеспечивая,постоянство передаваемой мсцности.Применение изобретения позволяет повысить искробезопасность протяженных линий электропитания, стабильность и точностьизмерений датчиков аэрогазового контроляпараметров рудничной атмосферы.Формула изобретения1.Способ искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрога.зового контроля, заключающийся в формировании нелинейной нагрузочной характеристики источника питания, о т л и ч а ю щ.и й с я тем, что, с целью повышения надеж ности аэрогазового контроля путем стабилизации мощностиподводимой к датчикам на всем протяжении линии связи, на выходе источника питания стабилизируют ток в диапазоне изменения нагрузки, а на входе 10 датчика стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления.,2.Устройство искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэро газового контроля,содержащее источникпитания, выход которого через стабилизатор тока подключен к линии связи, и датчик аэрогазового контроля, причем стабилизатор тока содержит первый резистор, первый 20 вывод которого является входом стабилизатора тока, а второй подключен к эмиттеру транзистора, коллектор которого является выходом стабилизатора, и стабилитрон, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыше ния надежности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности, устройство снабжено стабилизаторами напряжения по числу датчиков аэрогазового контроля, входы которых подключены к выходам линии 30 связи, а выходы - к входам датчиковаэрогазового контроля, а стабилизатор тока снабжен диодом и конденсатором; установленным между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора, катод диода 35 подключен к базе транзистора, а анод - ккатоду стабилитрона, анод которого подключен к входу стабилизатора тока, величина емкости конденсатора выбирается в соответствии с условием40 где йз - сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора;45 бр - граничная частота работы транзистора,.Бобко аказ 321 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л. Гагарина, 10