Автоматический сигнализатор метана Советский патент 1981 года по МПК G01N25/32 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР МЕТАНА

1

Изобретение относится к средствам автоматического контроля содержания горючих газов в воздухе, а именно к устройствам автоматического контроля метана и газовой защиты в угольных шахтах.

Известны три конструктивных разновидности приборов непрерывного измерения концентрации СН в рудничной атмосфере: стационарные, переносные и встроенные в машины и механизмы 1.

Каждый из этих разновидностей приборов имеет свои схемные и-конструктивные особенности и, хотя в большинстве случаев они выполняют схожие функции, однако не могут быть взаимозаменяемыми.

В ряде случаев рационально иметь переносный непрерывнодействуюший сигнализатор метана, который в течение определенного времени (например смены) мог бы в зависимости от производственной необходимости выполнять функции не только переносного, но и встроенного или стационарного прибора и легко вписаться в электрические цепи защитного отключения.

Наиболее близким по технической сушности к изобретению является автоматический сигнализатор метана для угольных шахт,

содержащий датчик, соединенный через усилитель с блоком световой и звуковой сигнализации, блок питания с входящими в него преобразователем напряжения, стабилизатором и устройством контроля напряжения 2.

Недостатком известного сигнализатора метана является ограниченность области применения и невозможность использования его в качестве встроенного в машины и механизмы или стационарного прибора с выполнением функций газовой защиты, вы10ражающихся в формировании команд на отключение электрооборудования и реализации их через искробезопасные цепи дистанционного управления.

Целью изобретения является устранение

j указанного недостатка, а также расширение его функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в автоматический сигнализатор метана, содержащий датчик, соединенный через усилитель с блоком световой и звуковой сигнализации,.

20 блок питания с входящими в него преобразователем напряжения, стабилизатором и устройством контроля напряжения, введен последовательно в цепь питания регулируемый транзистор, на вход которого подключены выход устройства контроля напряжения и выход стабилизатора напряжения.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема автоматического сигнализатора метана для угольных шахт.

Сигнализатор метана содержит блок питания, который включает батарею из двух последовательно соединенных герметичных аккумуляторов 1, между которыми для обеспечения искробезопасности ставится ограничительный резистор 2; схему контроля напряжения, собранную на транзисторах 3, 4 и резисторах 5-9; стабилизатор напряжения, включающий транзисторы 10-12 и резисторы 13-17; преобразователь напряжения, состоящий из трансформатора 18, транзистора 19, резисторов 20, 21, конденсаторов 22-24, диода 25 и стабилитронов 26, 27; блок датчика, состоящий из рабочего терморезистора 28 и компенсационного терморезистора 29, которые включены в мостовую измерительную схему, образованную резисторами 30-32; для проверки функционирования схемы служит кнопка 33 и ограничительный резистор 34, шунтирующий одно из плеч моста; блок усилителя и контроля целостности цепей мостовой измерительной схемы, собранный на определенном усилителе 35, резисторах 36, 37 и транзисторе 38; транзисторное релейное устройство, включающее транзисторы , резисторы 42-45, оптроны 46-48, тиристоры 49, 50; блок световой и звуковой сигнализации, состоящий из светодиодов 51, 52, телефонного капсюля 53, ограничительного резистора 54.

Устройство работает следующим образом.

Напряжергие питания от батареи аккумуляторов 1 подается на схему контроля напряжения и стабилизатор напряжения. Резистором 5 схема контроля напряжения настраивается на напряжение отсечки (2 В), при разрядке батареи аккумуляторов до напряжения 2 В схема контроля напряжения запирает транзисторы 10 и И стабилизатора напряжения, тем самым прекращая дальнейший интенсивный разряд аккумуляторов. В стабилизаторе напряжения воспринимающим элементом является делитель напряжения, образованный резисторами 15-17, при этом напряжение между общим минусом и базой транзистора 12 пропорционально выходному напряжению стабилизатора. Транзисторы 11, 12 работают в усилительном режиме, а транзистор 10 выполняет функции исполнительного.элемента и усилителя одновременно. При среднем напряжении батареи аккумуляторов 2-3 В резистором 13 устанавливается выходное напряжение на выходе стабилизатора равное 1,8-1,9В, при разряде аккумуляторов и уменьщении напряжения снижается потенциал на базе транзистора 12, что приводит к уменьщению тока коллектора, снижению падения напряжения на резисторе 13 и повышению потенциала на базе транзистора И. Повышение потенциала базы транзистора 11, в свою очередь, вызывает повышение проводимости транзисторов 11 и 10, в результате чего выходное напряжение повышается до номинального значения. Аналогично, но в противоположном направлении стабилизатор функционирует в начале разряда аккумуляторов, когда напряжение превышает 2-3 В.

Преобразователь напряжения выполнен по схеме однотактного генератора с самовозбуждением, обобранного на транзисторе 19, в коллекторную цепь которого включена обмотка 1, а обратная связь осуществляется через обмотку И. Повышенное напряжение

звуковой частоты, снимаемое с обмотки 1П, служит для питания телефонного капсюля 53, а после выпрямления, сглаживания и стабилизации - для питания усилителя и транзисторного релейного устройства.

Количественное содержание метана в воздухе определяется по изменению сопротивления рабочего терморезистора 28. Тепло, выделяющееся при окислении метана на каталитически активной поверхности рабочего терморезистора, вызывает повышение его

J сопротивления и приводит к изменению величины разбаланса мостовой измерительной схемы. При отсутствии метана или его содержании ниже допустимой нормы сигнал отрицательной полярности, искусственно созданный резистором 32, поступает на вход

0 операционного усилителя 35, усиливается и через резистор 37 подается на базу транзистора 39. Транзистор 39 открывается и с помощью резисторов 42, 43, установленных в его коллекторной цепи, на базы транзисторов 40 и 41 подается положительный потенциал, что, в свою очередь, приводит к закрыванию транзистора 40 и открыванию транзистора 41. Через оптроны 47, 48 течет ток и их выходные цепи замыкаются через управляющие электроды тиристоров 49, 50.

0 При этом тиристоры открываются и включается цепь питания однополупериодным током схемы дистанционного управления щахтными мащинами и механизмами.

При достижении уровня предельно доS пустимой концентрации метана искусственный разбаланс .моста компенсируется полностью и на вход операционного усилителя поступает нулевой си-гнал, при дальнейшем увеличении концентрации метана полярность ВЫХОДНОГО; сигнала моста изменяется на обратный. Этот сигнал также усиливается операционным усилителем, но при этом открывается транзистор 40 и закрывается транзистор 41. Ток цепи эмиттера транзистора 41 прекращается, выходные цепи оптронов 47, S 48 размыкаются, а тиристоры 49, 50 закрываются и прерывают цепь дистанционного управления.6 коллекторной цепи транзистора 40 появляется ток, который вызывает свечение светодиода 51 (красный цвет) и включает оптрон 46, который своей выходной цепью задействует телефонный капсюль 53, обеспечив таким образом световую и звуковую сигнализацию, свидетельствующую о превышении допустимой нормы концентрации метана. В случае выхода из строя рабочего термо. резистора схема работает аналогично, как и при достижении уровня допустимой предельной концентрации метана, при выходе из строя компенсационного терморезистора отрицательный потенциал на выходе измерительного моста и входе усилителя достигает величины отпирания транзистора 38, при этом на базе транзистора 39 потенциал уменьшается, и далее схема работает аналогично, как и при увеличении концентрации метана выше допустимого предела. При снижении напряжения питания (до 2 В) после закрытия транзистора 10 также формируется команда на отключение цепи дистанционного управления, но в этом случае отсутствуют световая и звуковая сигнализация и свечение зеленого светодиода 52, являющегося индикатором нормального функционирования блока питания. Основным преимуществом изобретения является повышение надежности схемных решении сигнализатора метана и расширение области его применения. Формула изобретения Автоматический сигнализатор метана для угольных шахт, содержащий датчик, соединенный через усилитель с блоком световой и звуковой сигнализации, блок питания, с входящими в него преобразователем напряжения, стабилизатором и устройством контроля напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в нем последовательно в цепь питания введен регулируемый транзистор, на вход которого подключены выход устройства контроля напряжения и выход стабилизатора напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Оборудование и аппаратура для проветривания угольных и сланцевых шахт, контроля рудничной атмосферы и газовой защиты. Каталог, М., « ЦНИЭИУголь, 1978, с. 3-19. 2.Биренберг И. Э. и др.- Переносный сигнализатор метана СММ-1. - «Безопасность труда в промышленности, 1978, № 2, с. 18-24 (прототип).