Датчик метана Советский патент 1987 года по МПК E21F9/00 

1131211

Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к анализаторам автоматическо- го контроля содержания метана в шахтной атмосфере, и может быть исполь- зовано при непрерывном местном и централизованном контроле содержания метана и выдаче команды на автоматическое заш;итное отключение электропитания контролируемых объектов гор- JO но-шахтн6го оборудования при достижении содержания метана в месте контроля выбранной уставки срабатывания газовой запщты.

Цель изобретения - повышение точ- 5 ности измерения содержания метана.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого датчика,

Схема содержит датчик 1 метана, блок 2 питания, измерительньй мост 3 20 переменного тока, чувствительный элемент 4, блок 5 выделения модуля абсолютного значения сигнала, сглаживающий фильтр 6 нижних частот, масштабирующий усилитель 7 с элементом балансировки смещения нулевого уровня, пороговое устройство 8 исполнительного блока 9, в который входит также управляющий элемент 10, телеметрический усилитель 11, аппарат 12 30 сигнализации. Под термином управляю- ш;ий элемент подразумевается элемент, управляющий цепями выдачи команды на защитное отключение электропитания контролируемых объектов горно-шахт- 35 ного оборудования в качестве кото- рого может использоваться реле, оп- трон и т.п.

В датчике 1 метана к блоку 2 питания подключен измерительный мост 40 3 переменного тока с включенным в одно из его плеч чувствительным элеменом 4. Выход моста 3 подключен к входу блока 5 выделения модуля абсолютного значения сигнала, выход ко- 45 торого через фильтр 6 нижних частот подключен к входу масштабирующего. усилителя 7 с элементом балансировки смещения нулевого уровня. Выход масштабирующего усилителя 7 подключен к 50 нформационному входу порогового стройства 8 исполнительного блока 9, выход порогового устройства В подключен к входу управляющего элемента 10. Выход масштабирующего усилителя 55 7 соединен также с входом телеметриеского усилителя 11, выходы котороо подключены к аппарату 12 сигналиации. Выходы управляющего элемента

10 также подключены к аппарату 12 сигнализации и вЗсодам блока 2 питания. На управляющий вход порогового устройства 8 подается постоянное напряжение - уставка срабатывания защиты.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 метана в атмосфере с нулевым содержанием метана балансируется с помощью регулировки моста 3 до минимального значения выходного сигнала, которьм представляет собой начальную аддитивную погрешность измерения ЗЗрц- Этот минимальный сигнал разбаланса в виде переменного напряжения поступает на вход блока 5 вьщеления модуля абсолютного значения сигнала, который представляет собой извес1ный двухполупериод- ный активный преобразователь амплитудных значений, выполненный на операционных усилителях и диодах, обладающий высокой точностью и линейностью преобразования. Присутствие активных элементов в схеме блока (операционных усилителей) необходимо потому, что весь динамический диапазон сигнала значительно меньше, чем падение напряжения на диодах. На выходе блока 5 выделения модуля абсолютного значения сигнала появляется пульсирующее однополярное напряжение, пропорциональное сигналу разбаланса мостовой измерительной схемы, т.е. /i SQH , которое поступает на фильтр 6 нижних- частот и с его выхода в виде постоянного напряжения равного по уровню значению сигнала разбаланса моста 3, т.е. начальной аддитивной погрешности измерения 1 SOU поступает на вход масштабирующего усилителя 7, выполненного с элементом балансировки смещения нулевого уровня, который представляет собой переменное сопротивление R,, подключенное к выводам регулировки баланса операционного усилителя, на котором собран масштабирующий усилитель 7. С помощью элемента балансировки смещения нулевого уровня Rif производится регулировка баланса масштабирующего усилителя 7 так, что происходит компенсация входного сигнала, вызванного начальной аддитивной погрешностью измерения мостовой измерительной схемы d , и на выходе масштабирующего усилителя 7 в момент регулировки и отсутствия ме313

тана сигнал равен нулю. В этом случае сигнал, равный нулю, есть на выходе и входе телеметрического усилителя 11, а также на информационном входе порогового устройства 8, рас- положенного в исполнительном блоке 9 и выполненного по схеме триггера Шмитта.

На управляющий вход порогового устройства 8 подается постоянное на- пряжение, соответствующее выбранной уставке срабатывания газовой защиты. Пороговое устройство 8 воздействует на управляющий элемент 10 так что при сигнале на информационном входе, равном нулю или меньшим, чем опорное напряжение (т.е. уставка срабатывания), команда на защитное отключение не выдается.

Если поместить датчик 1 в метано- воздушную атмосферу, например в шахту, то на включенном в мост 3 каталитически активном элементе 4 начинается реакция окисления метана, его сопротивление изменяется и, следова- тельно, увеличивается сигнал разбаланса на величину, пропорциональну содержанию метана в метано-воздушной атмосфере. Соответственно на эту же величину увеличивается сигнал на вы- ходе блока 5 выделения модуля абсолютного значения сигнала, на выходе фильтра 6 нижних частот, а на выход масштабирующего усилителя появляется сигнал, пропорциональньм лишь вели- чине содержания метана в метано-воздушной атмосфере, так как сигнал начальной аддитивной погрешности разбаланса мостовой измерительной схемы Л Здц, являющийся частью выходно- го сигнала разбаланса моста 3, компенсируется до нулевого уровня в масштабирующем усилителе 7.

С выхода масштабирующего усилителя 7 сигнал, пропорциональный содер- жанию метана, поступает на вход телеметрического усилителя 11, который преобразует его в унифицированный токовый сигнал 0-5 мА в соответствии с содержанием метана для передачи на поверхность.

На информационный вход порогового устройства 8 также поступает сигнал с выхода масштабирующего усилителя 7, пропорциональный содержанию метана в метано-воздушной атмосфере. Если величина этого сигнала превьш а- ет величину постоянного напряжения на управляющем входе, что соответст64

вует превьш1ению содержания метана в контролируемой метано-воздушной атмосфере выбранной уставке срабатывания газовой защиты, то пороговое устройство 8 воздействует на управляющий элемент 10 так, что он вьща- ет команду на защитное отключение электропитания контролируемых объектов горно-шахтного оборудования.

В этом случае погрешность вьщачи команды на защитное отключение не зависит от начальной аддитивной погрешности разбаланса измерительного моста, а определяется стабильностью постоянного напряжения, подаваемого на управляющий вход порогового устройства 8, что легко достигается известными способами.

Формула изобретения

1. Датчик метана, содержащий блок питания, измерительный мост переменного тока с включенным в одно из его плеч чувствительным элементом, исполнительный блок и телеметрический усилитель, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения содержания метана, в него введены блок вьщеления модуля абсолютного значения сигнала, сглаживающий фильтр нIiжниx частот, масштабирующий усилитель с элементом балансировки смещения нулевого уровня, причем вход блока вьщеления модуля абсолютного значения сигнала подключен к выходу мостовой измерительной схемы переменного тока, выход блока выделения модуля абсолютного значения сигнала подключен к входу сглаживающего фильтра нижних частот, выход фильтра нижних частот подключен к входу масштабирующего усилителя.с элементом балансировки смещения нуевого уровня, выход масштабирующего усилителя подключен к входу телеметрического усилителя и входу исполнительного блока, а выходы исполнительного блока подключены к входам блока питания.

2. Датчик по п. 1, отлиающийся тем, что исполниельный блок выполнен в виде соедиенных последовательно порогового стройства и управляющего элемента, ричем информационный вход пороговоо устройства является входом блока, выход управляющего элемента - выодом блока,на управляющий вход по513121866

рогового устройства подается постоян- бранной уставке срабатывания газовой ное напряжение соответствующее вы- защиты.

Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах и позволяет с высокой точностью измерять содержание метана (СМ) в шахтной атмосфере. Датчик метана содержит блок 2 питания, подключенный к измерительному мосту 3 переменного тока с включенным в одно из его плеч чувствительным элементом 4. Выход моста 3 через последовательно соединенные блок 5 выделения абсолютного значения сигнала, сглаживающий фильтр 6 нижних частот и масштабирующий усилитель (У) 7 с элементом R- балансировки смещения нулевого уровня подключен к входам телеметрического У 11 и исполнительного блока 9. Он состоит из последовательно соединенных порогового 8 и управляющего 10 элементов. На управляющий вход элемента 8 подается постоянное напряжение, соответствующее выбранной уставке срабатывания газовой защиты. При разбалансе моста 3, величина которого пропорциональна СМ, увеличатся и сигналы на выходах блока 5 и фильтра 6. На выходе У 7 сигнал будет пропорционален величине СМ. Этот сигнал через У 11 передается на поверхность, а через блок 9 выдается команда на защитное отключение электропитания контролируемых объектов горношахтного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л