ИНДИКАТОР СТЕПЕНИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ Российский патент 2001 года по МПК G08B17/10 G01N7/12 

1. Область техники
Индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси относится к области анализа газовоздушных смесей с каталитическим окислением и может быть использовано преимущественно для индикации в системах взрывопредупреждения и контроля степени взрывоопасности взрывоопасных объектов.

2. Уровень техники
Известно устройство для измерения довзрывных концентраций горючих газов, содержащих источник питания, каталитически активный чувствительный элемент (сенсор), включенный в измерительный мост, блок обработки сигнала на элементах с релейной характеристикой (А.С. СССР N 978171, 1982, МПК G 08 B 17/10).

Недостаток известного устройства - отсутствие унифицированного источника питания для первичных и вторичных элементов системы и большие потери в балластных элементах при невысокой чувствительности системы.

Известен также принятый заявителем за наиболее близкий аналог индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси (Патент РФ N 2096776, 1995, G 01 N 7/12), включающий последовательно включенные генератор импульсов стабильной скважности и импульсно-аналоговую систему преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором), при этом импульсно-аналоговая система преобразования сигнала может включать устройство импульсного питания датчика, выполненного на усилителе тока и силовом ключе, термокаталитический преобразователь (сенсор), включенный в рабочее плечо мостовой схемы, устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение, выполненного в виде синхронного детектора на два входа и один выход и выходной блок индикации.

Недостатком известного устройства является возрастание мощности, выделяющейся на нагревательном элементе термокаталитического газового сенсора при переходных процессах, возникающих в момент включения устройства, и зависимость скважности от параметров источника импульсов.

3. Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства, на фиг. 2 - блок-схема импульсно-аналоговой системы преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором), на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема устройства, где 1 - генератор импульсов стабильной скважности, 2 - источник импульсов, 3 - счетчик импульсов, 4 - дешифратор состояния счетчика, 5 - схема блокировки импульсов, 6 - устройство питания импульсным напряжением (ключ), 7 - мостовая измерительная схема, в рабочее плечо которой включен термокаталитический преобразователь (сенсор), 8 - устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение (синхронный детектор), 9 - блок индикации, 10 - первый выход дешифратора состояния счетчика, 11 - выход источника импульсов, 12 - дифференциальный выход термокаталитического преобразователя (мостовой схемы), 13 - выход устройства преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение (синхронного детектора), 14 - выход устройства питания импульсным напряжением, 15 - выход схемы блокировки импульсов, 16 - выход счетчика импульсов, 17 - второй выход дешифратора состояния счетчика сигнала (N+1) установки счетчика в нулевое положение, 18 - импульсно-аналоговая система преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором).

4. Сущность изобретения
4.1. Задача
Техническая задача состоит в устранении возрастания мощности, выделяющейся на нагревательном элементе термокаталитического преобразователя (газового сенсора) при переходных процессах, возникающих в момент включения устройства, и стабилизации скважности выходных импульсов.

4.2. Отличительные признаки
Требуемый технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства генератор импульсов стабильной скважности включает источник импульсов, счетчик импульсов на два входа и один выход, первый вход которого подключен к выходу источника импульсов, дешифратор состояния счетчика импульсов на один вход, подключенный к выходу счетчика импульсов, и два выхода, первый из которых подключен ко входу аналоговой системы преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором), и схему блокировки импульсов, вход которой подключен ко второму выходу дешифратора состояния счетчика, а выход - ко второму входу счетчика импульсов, при этом источник импульсов может быть выполнен по схеме симметричного мультивибратора, счетчик импульсов - из последовательно соединенных четырехразрядных счетчиков, а первый выход дешифратора состояния счетчика обеспечивает формирование логического сигнала при состоянии счетчика N, второй N+1, где N определяется заданной скважностью выходных импульсов.

4.3. Сущность устройства
Индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси содержит (фиг. 1) последовательно включенные генератор импульсов стабильной скважности (1) и импульсно-аналоговую систему (18) преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором), генератор импульсов (1) включает источник импульсов (2), счетчик импульсов (3) на два входа (14, 15) и один выход (16), дешифратор состояния счетчика импульсов (4) на один вход и два выхода (10, 17) и схему блокировки импульсов (5). Импульсно-аналоговая система (18) преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем (сенсором) состоит из устройства (6) питания импульсным напряжением (ключ) датчика, мостовой измерительной схемы (7), в рабочее плечо которой включен термокаталитический преобразователь (сенсор), устройства преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение (синхронный детектор) (8) и выходного блока индикации (9). Источник импульсов (2) может быть выполнен по схеме симметричного мультивибратора, счетчик импульсов - из последовательно соединенных четырехразрядных счетчиков, первый выход дешифратора обеспечивает формирование логического сигнала при состоянии счетчика N, второй N+1.

Устройство работает следующим образом.

На источнике импульсов (2) формируется непрерывная последовательность импульсов, поступающая на вход (14) счетчика импульсов (3). При включении устройства источник импульсов генерирует импульсы увеличенной длительности, соизмеримой с тепловой постоянной времени термокаталитического сенсора. Эти импульсы поступают на вход (14) счетчика импульсов (3). Выходной код счетчика поступает на дешифратор состояния счетчика (4), который на одном выходе (10) обеспечивает формирование логического сигнала (при состоянии счетчика N) для управления импульсно-аналоговой системой преобразования сигнала (например, электронным ключом (6) и устройством (8) преобразования сигнала в постоянное напряжение), на другом выходе (17) обеспечивает формирование логического сигнала (при состоянии счетчика N+1) для установки счетчика в начальное состояние.

5. Промышленная применимость.

Устройство реализуется на элементах общепромышленного применения (фиг. 3). Источник импульсов может быть выполнен по схеме симметричного мультивибратора на элементах DD2.1 и DD1.1, время-задающими элементами являются резисторы R5, R6 и конденсаторы C1, C2. Импульсы с выхода генератора поступают на счетчик импульсов, состоящий из последовательно соединенных четырехразрядных счетчиков DD3.1, DD3.2.

Выходной код счетчика поступает на дешифратор состояний счетчика, состоящий из DD2.2, DD2.3 и DD1.2. Дешифратор имеет два выхода: на первом обеспечивается формирование логического сигнала при состоянии счетчика N, на втором - (N+1). Первый сигнал используется для управления электронным ключом, а второй служит для установки счетчика в начальное состояние. В этом случае обеспечивается скважность импульсов управления ключом, равная N.

Установка счетчика в начальное состояние осуществляется при наличии любого из двух сигналов: по состоянию счетчика (N+1), по условию задержки после включения питания схемы на время протекания переходных процессов.

Первый сигнал формируется на выходе дешифратора, а второй с помощью RC цепи R12, C5. Оба сигнала через схему, реализующую логическую функцию И-НЕ, DD2.4 поступают на входы установки в начальное состояние счетчиков DD3.1, DD3.2.

В первый момент после включения устройства начинается рост напряжения питания. В это время генератор импульсов на DD2.1 и DD1.1 генерирует импульсы увеличенной длительности, что связано со значительным ростом внутренних задержек КМОП логики при пониженном напряжении питания. Длительность этих импульсов может оказаться соизмеримой с тепловой постоянной времени термокаталитического газового сенсора, что может стать причиной его перегрева и выхода из строя. Для задержки поступления импульсов питания на сенсор используется схема задержки на DD2.4.

Сразу после включения питания на выходе DD2.4 будет присутствовать низкий потенциал, в течение времени T, определяемого постоянной цепи R12, C5. При этом T выбирается из практических соображений, как величина значительно большая времени переходных процессов. После того как напряжение на C5 превысит порог логической единицы DD2.4, на ее выходе появится низкий уровень логического сигнала, и счетчик на DD3.1, DD3.2 начнет счет импульсов. При этом N^й импульс через дешифратор поступит на вход ключа и управляющий вход синхронного детектора, а N+1^й - установит счетчик в начальное состояние и обеспечит повторение цикла.

После завершения переходного процесса и истечения времени задержки, импульсы заданной скважности начнут поступать через буферный усилитель на ключ, обеспечивающий питание мостовой измерительной схемы.

Изобретение относится к анализу газовоздушных смесей с каталитическим окислением и может быть использовано преимущественно для индикации в системах взрывопредупреждения и контроля степени взрывоопасности соответствующих объектов. Технический результат состоит в обеспечении стабилизации скважности выходных импульсов и снижении мощности, выделяющейся на нагревательном элементе термокаталитического преобразователя при переходных процессах, возникающих в момент включения устройства. Технический результат достигается благодаря определенной форме выполнения генератора импульсов стабильной скважности, содержащего источник импульсов, схему блокировки импульсов, счетчик импульсов на два входа и один выход и дешифратор состояния счетчика на один вход и два выхода. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси, содержащий последовательно включенные генератор импульсов стабильной скважиности и импульсно-аналоговую систему преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем, отличающийся тем, что генератор импульсов стабильной скважности содержит источник импульсов, схему блокировки импульсов, счетчик импульсов на два входа и один выход, первый вход которого подключен к выходу источника импульсов, дешифратор состояния счетчика импульсов на один вход, подключенный к выходу счетчика импульсов, и два выхода, первый из которых подключен ко входу импульсно-аналоговой системы преобразования сигнала с термокаталитическим преобразователем, вход схемы блокировки импульсов подключен ко второму выходу дешифратора состояния счетчика, а выход - ко второму входу счетчика импульсов. 2. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что источник импульсов выполнен по схеме симметричного мультивибратора, счетчик импульсов состоит из последовательно соединенных четырехразрядных счетчиков, первый выход дешифратора состояния счетчика обеспечивает формирование логического сигнала при состоянии счетчика N, второй - N + 1. 3. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что импульсно-аналоговая система преобразования сигнала включает выполненное на усилителе тока и силовом ключе устройство импульсного питания, предназначенное для питания термокаталитического преобразователя, включенного в рабочее плечо мостовой схемы, а также устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение, выполненное в виде синхронного детектора на два входа и один выход, и выходной блок индикации.