Устройство для контроля концентрации метана и скорости движения воздуха Советский патент 1987 года по МПК G01F1/05 

fO

15

1

,V

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дистанционного контроля концентрации метана и расхода воздуха в горных вьфаботках угольных шахт.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет поверки сквозного тракта измерения концентрации метана.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство для контроля концентрации метана и скорости движения воздуха состоит из передающей стороны 1, содержащей датчик 2 скорости воздуха, датчик 3 концентрации метана, переключатель 4, усилитель 5, в состав которого входят конденсатор 6, резистор 7 обратной связи, операционный усилитель 8, выходной резистор 9, второй резистор 10 обратной связи, источник 11 напряжения, входной резистор 12. Передающая сторона содержит также дифференцируюпщй элемент 13, в состав которого входят конденсатор 14, диод 15, резистор 16 и подстроечный резистор 17, на передающей стороне находятся также блок 18 измерения и разделительный элемент 19 на конденсаторе (конденса- тор) .

20

Устройство содержит также линию 20 связи и приемную сторону 21, содержащую преобразователи 22 частота- напряжение, второй 23 и первый 24 разделительные элементы на конденсаторе (конденсаторы), второй регистратор 25, ограничительный элемент 26 на резисторе (резистор) и первый регистратор 27.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода датчика 3 концентрации .метана через замкнутый размы- какнций контакт переключателя 4 поступает на вход усилителя 5. При этом с его выхода в линию 20 связи подается унифицированный сигнал постоян12819832

да-разряда конденсатора 19. Посколь- ,ку выходной транзистор 9 усилителя 5 включен по схеме стабилизатора тока, пульсации напряжения на его коллекторе не влияют на величину тока коллектора. В линии 20 связи происходит наложение тока заряда-разряда конденсатора 19 на унифицированный токовый сигнал концентрации метана. При отсутствии в цепи заряда- разряда конденсатора 19 нелинейных элементов средняя величина тока в линии связи остается неизменной и равной величине токового сигнала телеизмерения концентрации метана.Пульсации тока в линии 20 связи, частота которых пропорциональна скорости движения воздуха, вьщеляются на входном сопротивлении регистратора 27, равном 1 кОм, и в виде импульсов напряжения через конденсаторы 23 и 24 поступают на вход преобразователя 22, который преобразует частоту импульсов на входе в унифицированный токовый сигнал на выходе,пропорциональный скорости воздуха, который измеряется регистратором 25. Тем самым, по одной паре жил кабеля осуществляется передача двух сигналов телеизмерения о концентрации метана и о скорости воздуха в контрольном пункте шахтной вентиляционной сети с последующим их разделением, измерением и регистрацией на поверхности.

При необходимости снятия показания о скорости воздуха непосредственно на месте установки передающей стороны и проверки погрешности канала телеизмерения концентрации мета. - на переключатель 4 переводится в противоположное положение. В этом случае на вход усилителя 5 через замкнутый замыкающий контакт переключателя 4 поступают однополярные импульсы со стабильной вольтсекунд- ной площадью, получаемые в результате дифференцирования прямоугольных импульсов с выхода датчика 2 скорос25

35

40

45

ного тока, который измеряется блоком 50 ти воздуха дифференцирукщей цепоч18 передающей стороны 1 и регистрируется регистратором 27 приемной стороны 21.

Импульсный сигнал с выхода датчика 2 скорости воздуха поступает на один из вьюодов конденсатора 19, при этом через блок 18, линию 20 связи и регистратор 27 протекает ток зарякои, состоящей из конденсатора- 14 и резистора 16. Диод 15 служит для отсекания импульсов напряжения обратной полярности. Благодаря включе- 55 ниш в цепь обратной связи операционного усилителя 8 конденсатора 6, усилитель 5 является апериодическим звеном с большой постоянной времени

и при воздействии на его вход одно- полярного импульсного сигнала со стабильной вольтсекундной площадью на его выходе возникает токовый сигнал, пропорциональный частоте выход- него .сигнала тахометрического датчика, т,е. скорости воздуха. Скорост воздуха при этом измеряется блоком 18 измерения, а на поверхности измеряется регистраторами 25 и 27. Гра- дуировка аппаратуры по величине скорости воздуха осуществляется перемещением движка резистора 17.

В этом режиме на приемную сторону 21 поступают аналоговый и частотный сигналы телеизмерения скорости воздуха и при отсутствии погрешности работы каналов телеизмерения аналогового и частотного сигналов величины токов, показываемые регистраторам 27 и 25, должны быть равны. Поскольк при передаче частотного сигнала по линии. 20 связи не происходит потери информации, а преобразователь 22, преобразующий частоту импульсов в унифицированньш токовый сигнал, находится в диспетчерской шахте и может быть легко проверен с помощью образцовых средств измерения - генератора, частотомера и миллиамперметра, токовый сигнал, измеряемый регистратором 25, можно считать образцовым для сравнения с аналоговым сигналом, измеряемым регистратором 27. Канал передачи аналогового сигнала имеет меньшую стабильность работы вследствие изменения параметров усилителя 5 и утечек тока через сопротивление линии 20 связи, которое в процессе эксплуатации снижается вследствие отсыревания и старения изоляции. Согласно инструкции по эксплуатации аппаратуры измерения концентрации ме- тана, сопротивление изоляции между жилами кабеля может снижаться до 20.кОм. При входном сопротивлении регистрирующего прибора 1 кОм утечки тока в линии связи составляют 5% от аналогового сигнала телеизмерения концентрации метана. Сравнивая пока- зания регистраторов 27 и 25, можно определить погрешность сквозного тракта измерения аналогового сигнала и устранить ее, изменяя сопротивлени шунтирующего резистора 26 настолько, чтобы показания регистраторов 27 и 25 стали одинаковы.

Тем самым, предлагаемое устройство позволяет осуществлять местный и

дистанционный контроль двух основных параметров рудничной атмосферы, определяющих ее взрывобезопасность, концентрации метана и скорости- воздуха с использованием общего канала телеметрии по одной паре проводов, а также осуществлять диагностический контроль и компенсацию погрешности сквозного тракта измерения концентрации метана.

Применение предлагаемого устройства позволит повысить информативность и надежность газового контроля на угольных шахтах, уменьшить вдвое расход дефицитной кабельной продукции, а также уменьшить металлоемкость аппаратуры за счет исключения блока питания стационарной аппаратуры измерения скорости движения воздуха (в среднем на 20-25 кг на 1 точку контроля) и затраты на монтаж, демонтаж и обслуживание аппаратуры.

Формула изобретения

Устройство для контроля концентрации метана и скорости движения воздуха, содержащее на передающей стороне датчик концентрации метана и датчик скорости воздуха, усилитель и источник напряжения и линию связи, на приемной стороне устройство содер жит первый регистратор и преобразователь частота-напряжение, выход которого Соединен с вторым регистратором, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности контроля, в устройство на передающей стороне введены переключатель, блок измерения, дифференцирующий элемент и разделительный элемент на конденсаторе, выход датчика концентрации метанд соединен с первым входом переключате1.ш, второй вход которого подключен к выходу дифференцирующего элемента, выход переключателя соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом блока из- , мерения и через разделительный элемент на конденсаторе соединен с выходом датчика скорости воздуха и с входом дифференцирующего элемента, выход блока измерения и источник напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами линии связи, на приемной стороне в устройство введены ограничительный элемент на резисторе, разделительные элементы, каждый из которых вьшолнен на кон - денсаторе, первый регистратор и огр нячительный элемент на резисторе соединены параллельно и подключены к первому и второму выходам линии связи и соответственно через первый и

второй разделительные элементы на конденсаторе соединены с первым и вторым входами преобразователя частота-напряжение.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам дистанционного контроля концентрации метана и расхода воздуха в горных выработках угольных шахт. Устройство совмещает функции контроля концентрации метана и скорости воздуха с передачей двух сигналов телеизмерения по одной паре жил кабеля с разделением их на приемном конце линии и отдельным измерением. В режиме телеизмерения концентрации метана и скорости воздуха, в линию телеизмерения Подается аналоговый токовый сигнал с выхода усилителя и частотный сигнал, проходящий через разделительный конденсатор с выхода датчика скорости воздуха. При необходимости контроля скорости воздуха непосредственно на месте установки подземного полукомплекта аппаратуры выход дифференцирующей цепочки с диодом подключается к входу телеметри- ческого усилителя. На выходе усилителя возникает токовый сигнал, пропорциональный скорости воздуха. Устройство позволяет осуществить местный и дистанционный контроль концентрации метана и скорости воздуха. 1 ил. i (Л ;0 00 00

Редактор И.Николайчук

Составитель В.Бородин

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Пожо

7257/40

Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4