Переносной шахтный сигнализатор метана
Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к автоматическим средствам газовой защиты, и м. б. использовано для непрерывного автоматического контроля концентрации метана (КМ) в шахтной атмосфере и сигнализации о превышении допустимых норм КМ в шахте. Цель - повышение точности измерения КМ, точности срабатывания сигнализации и уменьшение времени подготовки к работе. Датчик 1 метана через усилитель 2 подключен к измерителю 3 КМ и блоку 4 сигнализации . Выход усилителя 2 также подключен к цепи последовательно соединенных нуль-органа 5, реверсивного счетчика 6, ЦАП 7 и инвентирующего усилителя 8. Выход усилителя 8 подключен к входу усилителя 2. Ко второму и третьему входам счетчика 6 подключены выходы формирователя 10 импульсов сброса и формирователя 9 тактовых импульсов и временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя 10. Формирователь 9 генерирует пакет импульсов, который суммируется с импульсами, предварительно записанными в счетчике 6. Направление счета определяется полярностью напряжения электрического поля на входе нуль-органа 5. Двоичный код с выхода счетчика 6 через ЦАП 7 и усилитель 8 подается в виде аналогового сигнала на вход усилителя 2, компенсируя уход нуля. 3 ил. Ј (Л С5 СО оо о о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 E 21 F 17/18, 9/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ПЛАНТ СССР (21) 4664379/03 (22) 2!.03.89 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности (72) И. Э. Биренберг, С. С. Поповкин, М. В. Львовский и Г. С. Тросман (53) 622.232 (088.8) (56) Карпов Е. Ф., Биренберг И. Э. и Басовский Б. И. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. М.:
Не д р а, 1984, с. 91 — 1 10.
Биренберг И. Э. и др. Новый сигнализатор метана для угольных шахт. — Безопасность труда в промышленности, № 9, 1985, с. 39 — 40. (54) ПЕРЕНОСНОЙ ШАХТНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР МЕТАНА (57) Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к автоматическим средствам газовой защиты, и м. б. использовано для непрерывного автоматического контроля концентрации метана (КМ) в шахтной атмосфере и сигнали„„SU, 1634806 А1 зации о превышении допустимых норм КМ в шахте. Цель — повышение точности измерения КМ, точности срабатывания сигнализации и уменьшение времени подготовки к работе. Датчик 1 метана через усилитель 2 подключен к измерителю 3 КМ и блоку 4 сигнализации. Выход усилителя 2 также подключен к цепи последовательно соеди ненных нуль-органа 5, реверсивного счетчика 6, ЦАП 7 и инвентирующего усилителя 8. Выход усилителя 8 подключен к входу усилителя 2. Ко второму и третьему входам счетчика 6 подключены выходы формирователя 10 импульсов сброса и формирователя 9 тактовых импульсов и временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя 10. Формирователь 9 генерирует пакет импульсов, который суммируется с импульсами, предварительно записанными в счетчике 6. Направление счета определяется полярностью напряжения электрического поля на входе нуль-органа 5.
Двоичный код с выхода счетчика 6 через
ЦАП 7 и усилитель 8 подается в виде аналогового сигнала на вход усилителя 2, компенсируя уход нуля. 3 ил.
1634806
) i S(>()рс Г(ИИС <>THi i fi Гс Я h С Xl(HK(> 6Е3-! > i(;3 < !IO«ГИ И<1 > ГО, 1>f»>l Х 1113 X Г<3 Х, 3 И МР Н НО К ,Ifs1ox1;IT!it(« ки vl средствам газовой защиты, II может бы Гь использовано 3133 непрерывн«г<> автоматического h(>iiTp<>лн концентра(и x(! т It(3 B ц(ахт(EOEE 31"мос(рерс и сигнали33ции О преп(.»((сини п»(устимых норм кон1, (И f f);3 ЦИ И МЕТ<3 E(3 В 1 И <1\ТЕ.
)се«3! изобретения повышение точносГи и (мерс »((я к(>нцентрации метана, точности р»63 Гы(>анин сигнализации и уменьшение !
sf)".мс ни (((>.tã<>ToBKH к работе.
1),! фи(! Иредстанлена блок-t хема пред, i >,к ин >f i> (с рс но«пои> шахтного сигнализа1<>р:1 и, Г;1>13; ((;3 фиг 2 — формироваГс», I(!K(<»3(,(x импульсов и:)ремс нных ин:()>13;3. в и < >О)>ми))О(33тсх!ь импульса сброса
< и((13 и.sа гора; на фиг 3 — временные ! i!, i i i,. t <>1(>f, »< >И(((S! K»! (((t f)36OTX <))Ор л1 И рова. «, г h «)iiI и м»у. If>((>B и в)и мс иных и нтерИ;<, >»3 И)>< l,(«)K(1»(<>((И (tl(3.! H 331»Р3.
I I",.l. >.к i»ii.ff) ((с.!)сf!r)t ной»!Ихтный < иг-!.>»! <,I1<>!) <,
"<>!l»<» (> i If if !l л>с I;!!E<3 H 6,1(>K;i 4 HI (13,IH33 ии, ilt.» r>pã<1((;>, I((> (K.»o÷å(.f(û(f вход<>м к
li1 I (! XOД() Л<
lI(Н К.»ОЧС <(ИЯ Иа»Р;IB» l>I(H СЧЕта
Iit и<-f>i 1!3t>!x<1ч f)t и«Р«HIS((«IÎ
> »»и 1 ИО ih..(к> IBí K 1)х< ду цифроанаIi)In!S<>! (> fI f)t i>() f>t1 3nB;3T!лн 7, < nr дИНРННОГО ии(<».< м ч р.< (иис()зирлi<»i(3é t и.читель 8
НХ(> ((»1 i ii, !И I с !H <. И f!1 Hi; l3l >р< м 11;(ри;>нт»рсд.fniK(»!fr»o сHI— ;;> (И <; 1 О))3 13 О (((XT(t,-nрг;11(3 5 Иодклю и H h Bûõ<133 и <м(рите.!Н 3 концс нтр:(ции л(етана, 3 . ы,<>з и»(3(ртиpvtn(fi((О у(или) t .ля 8 подкл(о-! еи; нх<> lx измерит(к(я 3 кон» >ETp3IIHH М" 1;3 !(;3 Ф рмирови!(! IB Ч Т3КТОВ!, Нмпл »>(OB H ир(м<1!Ih х H»Г< риа.(ОН (фиг 2) сочержит I! If< р;и<>р 1) Ii. Г<)f И 4 ли Ht. Ии ooTBpT«твен H(> t выход»vl i .: Г(ика 12 и и»иер«ным выходол(! f1è: Гi f>;3 11> Вы;<>д э.t< мс.(iT3 И 1 «<>c;((3((off .(I > *. I3 лl ISXO (Oл1 >. It Et !l Га 15>. (С- f3XО<(t>l < t(PT (ик;. )2 и (ри(Гс ра )6 i!<> (K, <Очены к форл«1,>r>l>.. (лк> )!) !мпу »>(;3 (()f)ni 3 !)((ход эле5 ">0 45 мента И 15 подключается к счетному входу реверсивного счетчика 6. Формирователь 10 импульса сброса (фиг. 2) содержит инвертор 17, резистор 18 и емкость 19, причем резистор 18, соединенный с источником питания, и емкость 19, соединенная с общим проводом, подключены к входу инвертора 17, выход которого соединен с К-входами (входами сброса данных) счетчика 12, триггера 16 и входом разрешения записи реверсивного счетчика 6. В качестве датчика 1 метана и блока 4 сигнализации могут быть использованы терMoK3T3литический датчик и блок сигнализации от серийного сигнализатора метана «с.игнал-2». В качестве измерителя 3 концентрации метана может быть использован либо аналоговый измеритель (стрелочный милливольтметр), либо цифровой измеритель, собранный на аналого-цифровом преОáp3<п> ва теле К572П В2 с ци фровы м и светодиодными индикаторами, как и в сигнализаторе-прототипе «(.И гнал-2». В качестве нуль-органа 5 используется известный нульорган (компаратор, детектор нуля), собранный на операционном усилителе. 1!!(фроа налоговый преобразователь (!)АП) 7 может быть выполнен на серийной микросхеме ЦАП. В качестве генератора T3 KTo 8 bi x и м пул ьсо в 1 1 используется мультивибратор, собранный по типовой схеме. Предложенный сигнализатор работает следук>щим образом. При включении сигнализатора, которое производится на поверхности шахты в среде чистого воздуха, питание подается на датчик метана и другие блоки сигнализатора. При этом происходит разогрев датчика до температуры начального нагре113 (Около 450 (.) . .Ha выходе (в диагонали) измс рительногo моста, в который включен датчик ) метана, после прогрева устанавлинастся некоторое напряжение, называемое напряжением электрического нуля. Как прави«!О, оно не равно нулю и может иметь лвбук) полярность и является главной причиной появления погрешности измерения концентрации метана и погрешности срабатывания сигнализации. Это напряжение электpHH((Koro нуля усиливается дифференциальным усилителем 2 сигнала и поступает на входы измерителя 3 концентрации метана, блока 4 сигнализации и нуль-органа 5. Величина напряжения на выходе нульоргана 5 зависит от полярности напряжения на его входе: при положительной полярности напряжения на входе нуль-органа и его выходе будет напряжение высокого уровня, а при отрицательной полярности напряжение низкого уровня. При включении сигнализатора с выхода формирователя 10 импульса сброса на (х-входы (входы сброса данных) счетчика 12, триггера 16 и вход разрешения 1634806 25 55 записи реверсивного счетчика 6 поступает однократный импульс сброса Иг (положительный импульс), длительность которого (порядка нескольких миллисекунд) определяется величиной емкости 19 и резистора 18. При этом происходит запись числа 128 в реверсивный счетчик 6 за счет подачи на входы предварительной записи счетчика 6 соответствующих потенциалов согласно двоичному коду числа 2 = 128, которое выбрано из требования получения заданной точности и диапазона коррекции электрического нуля. Это число равно половине емкости 8-разрядного реверсивного счетчика 6. Таким образом, диапазон коррекции нуля разбит на две равные части — по 128 разрядов для компенсации ухода нуля положительной и отрицательной полярности. С выхода ГТИ l I поступают тактовые импульсы И на счетный вход счетчика 12, а с выходов Q7 и Q счетчика 12 на входы элемента И 13 поступают соответственно напряжения Из и И4 с частотами следования импульсов соответственно в 2 =128 и в 2 =2048 раз меньше, чем частота импульсов Hi. Импульс И;, с выхода элемента И 13 используется для запуска RS-триггера 16, которыЙ используется для однократного осуществления коррекции электрического нуля сигнализатора. Для повторного производства коррекции нуля необходимо выключить и вновь включить сигнализатор (чтобы осуществить сброс RS-триггера 16 при помогци формирователя 10 импульса сброса). При срабатывании RS-триггера 16 напряжение И на его инверсном выходе меняется скачком с напряжения логической «1» до напряжения логического «О». При этом на выходе элемента И 14 формируется импульс И;, равный по длительности 128 тактовым импульсам Иь В результате на выходе элемента И 15 получается пачка 128 тактовых импульсов (И8), которая формируется через промежуток времени после включения сигнализатора, равный 2048 длительностей тактовых импульсов И, составляющий приблизительно 10 — 12 мин. что соответствует времени прогрева датчика 1 метана. Из указанных соображений выбирается длительность тактовых импульсов (0,35 с) . Таким образом, с выхода формирователя 9 тактовых импульсов и временных интервалов поступает на счетный вход реверсивного счетчика 6 последовательность из 128 импульсов, которые либо вычитаются, либо добавляются к 128 импульсам, уже записанным ранее в счетчике 6 в зависимости от состояния нуль-органа 5, управляющим направлением счета реверсивного счетчика 6. При напряжении высокого уровня на выходе нуль-органа 5 указанные 128 импульсов суммируются в счетчике 6 со 128 импульсами, записанными раньше, а при напряженин низкого уровня эти импульсы вычитаются от ранее записанных. Предположим, что на выходе усилителя 2 сигнала присутствует напряжение электрического нуля положительной полярности. При этом на выходе нуль-органа 5 также будет напряжение высокого уровня, а реверсивный счетчик 6 суммирует число импульсов, равное 128, с выхода формирователя 9 с предварительно записанными 128 импульсами в счетчике 6. Г!ри этом цифровой сигнал в двоичном коде (8 разрядов) с выхода счетчика 6 поступает на ЦАП 7 и преобразуется в положительное аналоговое напряжение, которое инвертируется усилителем 8, поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 2 и суммируется с положительным напряжением электрического нуля. Инвертирующий усилитель 8 служит для согласования выхода ЦАП 7 с входом усилителя 2. Поскольку напряжение с выхода инвертирующего усилителя 8 в приведенном случае имеет отрицательную полярность, то результирующее напряжение на выходе усилителя 2 уменьшается и происходит коррекция электрического нуля. Это уменьшение напряжения на выходе усилителя 2 происходит ло тех пор, пока не сменится знак напряжения на выходе усилителя 2 и, следовательно, уровень напряжения на выходе нуль-органа 5, а также направление счета реверсивного счетчика 6. Но так как с выхола формирователя 9 поступает только одна пачка 128 импульсов, то на этом цикл коррекции нуля заканчивается. Таким образом, усилитель 2 охвачен цепью отрицательной обратной связи: нульорган 5, счетчик 6, ЦАП 7, инвертирующий хсилитель 8. При отрицательной полярности напряжения электрического нуля сигнализатор работает так же, как и при положительной полярности, только полярности указанных напряжений будут обратными. Продолжительность коррекции нуля составляет около 45 с при длительности тактового импульса 0,35 с с количеством импульсов коррекции, равным 128. С поступлением каждого тактового импульса коррекции абсолютная величина электрического нуля уменьшается на 0,01 о6.О О СН (шаг коррекции) . Таким образом, диапазон коррекци и нуля достигает w+-1.28 об. о„ (при 128 импульсах коррекции), что значительно превышает реальный уход нуля (обычно, не более +-0,3 об.о ), тем самым обеспечивается достаточный запас коррекции. После осуществления коррекции возможно остаточное значение электрического нуля (не более +-0,02 об.оo), которое обусловлено ненулевой величиной разрешающей способности нуль-органа 5, при этом в счетчике 6 остается записанным такое число в лвоичном 1634806 Формула изобретения 4 с Ь Ъ „ Фиг. 2 коле, которое при суммировании на входе усилителя 2 (после преобразования LIAH 7 и инвертирующим усилителем 8) обеспечивает величину электрического нуля, близкую по абсолютной величине к нулю. Таким образом, в предложенном сигнализаторе за счет коррекции ухода электрического нуля повышается точность измерения концентрации метана и точность срабатывания сиги;глизации, а также уменьшаегся время проверки при подготовке сигнализатора к эксплуатации, поскольку указан»ая коррекция ухода электрического нуля г>сх гцествляется автоматически. Так, если в сигнализаторе «Сигнал-2», »ринятг)м за прототип, уход электрического »уля за время работы в шахте 8 — 10 ч может >от;>взять величину + (0,1 — 0,2) об.% СН) при в> личине абсоl>oTHoH погрешности измере»ия и срабаTë>вания сигнализации 0„ г>г>.,;, (Н, то в предложенном сигнал»1>гтг>рг ухо I, электрического нуля компенсиру тся ;I >г т коррекции, тем самым точ1»>ггь H >»«p>. ння и срабатывания сигнали1<1ï»и l»>»>,»»;>ет< я на +- (0,1 — — 0,2) об.% СНg 1!ри эхом гокраще»не времени проверки при Гг»Г>>КГ К ЭКСПЛУатаЦИИ ПРЕДЛОЖЕННОГО . »г!l,l.lll >»тора по сравнению с сигнализатором, »ри пятым за прототип, сг)ста в чяет ,3 ) мн»»а г>,.гин сигнализатор в смену, что прп бг> Ih»loM числе приборов на шахте (100 200 llIT.) мг»кеT достигать значитель»г>й Hlличн»ы (не менее 5 ч в смену на бри.;1 Iv .>лг ктгн>хлесарей из 5 человек) . 5хаду раьрешения аипис и ре Юерсибнага снегпчи га б В конечном итоге, использование предложенного сигнал изатора позволяет ловысить безопасность труда на шахтах, опасных по газу. Переносной шахтный сигнализатор метана, содержащий датчик метана, подключенный через усилитель сигнала к входам измерителя концентрации метана и блока сигнализации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации метана, точности срабатывания сигнализации и уменьшения времени подготовки к работе, в него введены нуль-орган, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, формирователь тактовых импульсов и временных интервалов и формирователь импульса сброса, причем выход усилителя сигнала соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к входу переключения направления счета реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика подключен к входу цифроаналогового преобразователя, соединенного выходом через инвертируюший усилитель с входом усилителя сигнала, выход формирователя тактовых импульсов и временных интервалов соединен со счетным входом реверсивного счетчика, при этом выход формирователя импульса сброса соединен с 30 входом сброса формирователя тактовых импульсов и временных интервалов и входом разрешения записи реверсивного счетчика. 16,34806 4 (.(кта интел ь К) з ькин Редактор М Келечеш Текре,i А Кра внук h,îðð< ктор И:- р.>си!и Заказ 738 Тира,к 27<) 11одниснос ВНИИ!1!1 Государственного комитета но изобретении и открытини нри 1 К11Т (.<.<.Р 113035, .Москва, Ж 35, Ра! шскаи наб, .i 4 5 11рон н >дств нно-издатедьский конибин i «1!i åHT», i У ксо!н к x.i Гак арин i, !И1
