Устройство автоматического контроля горючих газов и паров Советский патент 1979 года по МПК G01N27/16 

1

Изобретение относится к области промышленной электроники. Оно может быть использовано для телеизмерения концентрации горючих газов и паров на объектах, рассредоточенных на относительно небольшой территории, в угольной, горнорудной, газовой и нефтяной отраслях промышленности, а также в коллекторах для подземных коммуникаций.

Известен искробезопасный метанометр с унифицированным выходом, содержащий термокаталитический датчик, компенсационный стабилизатор напряжения, преобразователь тока, усилитель с детектором на выходе, индикатор, устройство для световой и звуковой сигнализации 1.

Устройство плохо приспособлено для телесигнализации и телеизмерения.

Эти недостатки устранены в наиболее близком к заявленному устройстве для автоматического контроля концентрации горючих газов и паров, в частности метана, содержашем на приемной стороне искрвбезопасный источник питания переменного тока, к выходу которого подключены линия связи и приемное реле,а на передающей стороне -

блок питания, подключенный к линии связи, термокаталитический датчик, к выхолу которого последовательно подключены усилитель, управляющее реле и элемент аварийной сигнализации 2.

В устройстве приемный и передающий полукомплекты соединены четырехпроводной линией связи.

Приемный полукомплект включает в себя стабилизатор напряжения, искробезопасный источник питания переменного напряжения, к которому через разделительный конденсатор, защунтированный обмоткой приемного реле, подключена линия связи. Выход приемного реле соединен с элементом сигнализации.

Передающий полукомплект содержит элемент световой сигнализации включения блока питания, к которому через блок согласования нагрузки подключен термокаталитический датчик метана. Выход датчика соединен с входами фазочувствительного усилителя, усилителя переменного тока и указывающим прибором. Выход управляющего реле фазочувствительного усилителя подключен к блоку совмещения канала питания и элементу аварийной И телесигнализации сигнализации. Выход усилителя переменного тока линией связи соединен с указывающим прибором приемного полуко1мплекта. Блок совмещения каналов питания и телесигнализации состоит из диода, резистора и контакта управляющего реле, включенных последовательно и шунтирующих первичную обмотку трансформатора блока питания и разделительный конденсатор. Блок согласования нагрузки представляет собой магазин сопротивлений. Передающий полукомплект устройства питается переменным током от стабилизированного источника по линии связи. В качестве посылки телесигнализации о нормальной концентрации метана принята постоянная составляющая тока, формируемая путем выпрямления части питающего переменного напряжения блоком совмещения. При нормальной концентрации метана управляющее реле находится под током, замыкая своим нормально открытым контактом в блоке совмещения цепь постоянного тока. Приемное реле, обмотка которого включена в эту цепь, находится под током. При достижении предельных значений концентрации метана управляющее реле обесточивается, размыкая при этом цепь постоянного тока и включая элемент аварийной сигнализации. В свою очередь, обесточивается приемное реле, включая элемент аварийной сигнализации на приемном полукомплекте. Сигнал телеиз.мерения с усилителя переменного тока поступает через линию связи на указывающий прибор приемного полукомплекта. К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость использования четырехжильного кабеля, двух самостоятельных усилителей для телесигнализации и телеизмерения, блока согласования нагрузки, требующего ручной настройки при изменении длины связи. Кроме того, термокаталитический датчик сохраняет работоспособность в узком диапазоне концентраций метана. При высоких значениях концентрации датчик выдает ложные показания или выходит из строя. Предлагаемое устройство не имеет указанных недостатков. В нем, с целью упрощения и повыщения надежности работы, искробезопасный источник питания выполнен в виде преобразователя напряжения прямоугольной формы с ограничивающим резистором и щунтом искробезопасности, к которому подключен второй вход приемного реле с двумя временными дискриминаторами на выходе. Блок питания на передающей стороне подключен к линии связи через стабилизатор, вход регулирующего элемента которого присоединен к выходу усилителя, выполненного в виде импульсного преобразователя, и к выходу управляющего реле, которое включено также в цепь питания термокаталитического датчика и элемента аварийной сигнализации. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема источника переменного напряжения и стабилизатора. Устройство состоит из приемного и передающего полукомплектов, соединенных двухпроводной линией связи. Приемный полукомплект включает в себя искробезопасный источник 1 напряжения прямоугольной формы с двумя выходами, к одному из которых подключена линия связи 2 и один вход приемного реле 3, соедиенного с временными дискриминаторами 4, и показывающим прибором 6. Другой выход источника 1 соединен со вторым входом приемного реле 3. Блок питания. 7 передающего полукомплекта подключен к линии связи 2 через стабилизатор 8 напряжения. Выход термокаталитического датчика 9 соединен со входом щиротно-импульсного преобразователя 10, к выходам которого подключен указывающий прибор 11, управляющее реле 12 и вход регулирующего элемента стабилизатора 8. Выходы реле 12 подключены ко входу регулирующего элемента стабилизатора 8 и к блоку питания 7. Элемент 13 световой сигнализации подключен к выходу блока питания 7 параллельно термокаталитическому датчику 9. Искробезопасный источник 1 переменного напряжения приемного полукомплекта представляет собой .мультивибратор Роера, собранный на транзисторах 14, 15 и трансформаторе 16, выходная обмотка которого через токоограничивающий резистор 17 подключена к линии связи 2. Параллельно линии связи подключен искрогасящий шунт 18, представляющий собой выпрямительный .мост с включенным- в выходную диагональ стабилитроном. Выходы приемного реле 3, выполненного в виде симметричного триггера, подключены соответственно к выходу искрогасящего шунта 18 и к коллекторам 14, 15. Стабилизатор 8 напряжения передающей стороны представляет собой полупроводниковый стабилизатор параллельного действия. Он состоит из регулирующего элемента, собранного на транзисторе 19, и измерительного элемента 20. Регулирующий элемент 19 через мостовую схему - искрогасящий шунт 21 шунтирует линию связи, подключенную к первичной обмотке линейного трансформатора 22 блока питания 7 передающего нолукомплекта. Устройство работает следующим образом. Переменное напряжение прямоугольной формы поступает с источника 1 питания по линии связи 2 на передающий полукомплект, где стабилизируется стабилизатором 8 и поступает на блок питания 7, с которого запитаны все блоки передающего полукомплекта. Аналоговый сигнал с выхода термокаталитического датчика 9 усиливается и преобразуется широтно-импульсным преобразователем 10, который выдает последовательность импульсов прямоугольной формы шириной, пропорциональной концентрации компоненты, с частотой питающего напряжения. Задним фронтом импульсов преобразователя 10 открывается транзистор 19 стабилизатора 8 напряжения, закорачивая кратковременно линию связи 2. Кратковременное изменение на зажимах линии связи со стороны передающего полупомплекта фиксируется приемным реле 3. В начале каждого полупериода питающего переменного напряжения сигналами, снимаемыми с коллекторов транзисторов 14, 15, приемное реле 3 взводится в возбужденное положение. При поступлении сигнала по линии связи 2, снимаемого с щунта 18, приемное реле 3 сбрасывается в исходное положение. Таким образо.м, длительность воз бужденного положения приемного реле 3 равна длительности импульсов щиротно-импульсного преобразователя 10 и пропорциональна измеряемой величине. При достижении аварийных значений концентрации контролируемой компоненты срабатывает управляющее реле 12. При этом отключается питание термокаталитического датчика 9 и элемента световой сигнализации, а также блокируется передача выходных импульсов с преобразователя 10 на вход регулирующего элемента 19 стабилизатора 8. Длительность возбужденного состояния реле. 12 определяется временем, необходимым для остывания термокаталитического датчика, и реализуется элементом задержки. По истечении этого времени реле 12 приходит в исходное состояние. При этом подается напряжение на термокаталитический датчик 9 и элемент 13 световой сигнализации. Одновременно с этим восстанавливается передача сигналов с преобразователя 10 на вход регулирующего элемента 19 стабилизатора 8. По мере нагрева термокаталитического датчика, если концентрация превыщает допустимое значение, цикл работы схемы защиты повторяется. Период отсутствия телеизмерительных посылок фиксируется временным дискриминатором 4, с выхода которого снимается сигнал аварийной концентрации контролируемой компоненты. Отсутствие телеизмерительных посылок на время превыщающее время остывания датчика 9, воспринимается временным дискриминатором 5 как аварийное состояние аппаратуры или линии связи. Эле.мент 13 световой сигнализации 13 осуществляет два вида сигнализации на передающем полукомплекте. Непрерывное горение элемента 13 сигнализирует о нормальном содержании концентрации метана в атмосфере, мигание элемента 13 сигнализирует об аварийной концентрации метана. Сопоставление известного устройства и предлагаемого показывает, что последнее значительно проще: исключены дополнительная линия связи, узлы совмещения каналов питания и телесигнализации, блок согласования нагрузки, усилитель переменного тока и элемент световой сигнализации включения блока питания. В то же время функции предлагаемого устройства расширены: оно осуществляет защиту термокаталитического датчика от перегрева, что повышает надежность и расширяет область применения аппаратуры; кроме того, обеспечивается телесигнализация аварийного состояния аппаратуры. В предлагаемом устройстве в качестве источника питания принят преобразователь напряжения прямоугольной формы, что позволило перенести стабилизатор 8 на передающий полукомплект, исключив блок согласования нагрузки. Применение полупроводникового стабилизатора параллельного действия и щиротно-импульсного преобразователя 10 в качестве усилителя, выхОл которого соединен со входом регулирующего э/юмента 19 стабилизатора 8, позволило совместить каналы питания и телеизмерения. В результате исключены второй усилитель, дополнительная линия связи и блок совмещения. Подключение выходов 12 к блоку питания 7 и регулирующему элементу стабилизатора 8 позволило защитить термокаталитический датчик от перегрева, формировать посылку телесигнализации об аварийном значении концентрации метана и упразд нить элемент световой сигнализации включения блока питания. Предлагаемое устройство применяют к аппаратуре для контроля загазованности ко.члекторов подземных коммутикаций. Опытно-промышленный образец аппаратуры успещно прошел испытания в Волгоградском коллекторе г. Москвы., Испытания показ;1ли, что аппаратура для контроля загазованности коллекторов с предлагаемым устройством надежно работает при различных параметрах окружающей среды, изменяюнхихся в щироком диапазоне, выдает стабильные показания измеряемой концентрации мета на, проста в настройке и эксплуатации. Формула изобретения Устройство автоматического контро.чя концентрации горючих газов н паров, содержаи;ее на приемной стороне искробезопас ный источник питания переменного тока, к выходу которого подключены ли1шя связи и приемное реле, а на передаюц;ей стороне блок питания, подключенный к линии связи, термокаталитический датчик, к выходу которого последовательно подсоединены усилитель, управляющее реле и элемент аварийной сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, искробезопаспый источник питания выполнен в виде преобразователя напряжения прямоугольной формы, к которому подключен второй вход приемного реле с двумя временными дискриминаторами на выходе, а блок питания на передающей стороне подключен к линии связи через стабилизатор, вход регулирующего элемента которого присоединен к выходу усилителя, выполненного

в виде импульсного преобразовател г, и к выходу управляющего реле, которое включено также в цепь питания термокаталитического датчика и элемента аварийной сигнализации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 270336, кл. G 01 N 27/16, 1965.

2.4:Ацпаратура системы автоматической газовой защиты и централизованного телеавтоматического контроля метана - АМТ-3 инструкция по эксплуатации. Конотоп, 1972.

Риг. 1

0 Ф

На Входы репе

Вход регулирующего элемента