Способ искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в автоматической газовой защите. Цель - повышение надежности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности, подводимой к датчикам на всем протяжении линии связи. Способ основан на придании нагрузочной характеристике источника электрической энергии нелинейного характера. На выходе источника в линии электропитания стабилизируют ток в диапазоне возможного изменения сопротивлений линий и датчика, а на выходе линии непосредственно в датчике стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления. Устройство, реализующее данный способ, содержит источник 1 электрической энергии, стабилизатор 2 тока на регулирующем транзисторе 3, линию 6 электропитания и датчик 7 аэрогазового контроля. В датчик введен стабилизатор 8 напряжения, подключенный параллельно цепи питания, а в стабилизаторе 2 тока в цепь базы регулирующего транзистора 3 включен диод 4. Переход эмиттер-коллектор регулирующего транзистора зашунтирован емкостью, величина которой выбирается исходя из допустимой для данного транзистора скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер-коллектор. 2 с.п.ф-лы, 3«л.ОVI VI00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784406/03 (22) 18.01.90 (46) 07.02.92. Бюл. ЬЬ 5 (71) Институт горного дела им. А.А. Скочинского (72) Б.И. Басовский, М.А. Васнев, Е.Ф. Карпов, B.Â. Лавров, Е.Ш. Ланда, Л.Б, Фаерштейн и И.О. Хорошев (53) 621.316.925(088.8) (56) Биренберг И.Э. ЦНИИЭ и НТИ угольной промышленности. Система автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания метана в рудничной атмосфере АМТ-3, М., 1972.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 773664, кл. Е 21 F 9/00, 1981. (54) СПОСОБ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ДИСТАН ЦИОН НОГО ПИТАНИЯ ШАХТН ЫХ

ДАТЧИКОВ АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в автоматической тазовой защите. Цель— повышение надежности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности, подвоая . Ы<11> 1 71 0778 А1 (я)ю Е 21 F 9/00, Н 02 Н 7/26 димой к датчикам на всем протяжении линии связи. Способ основан на придании нагрузочной характеристике источника электрической энергии нелинейного характера. На выходе источника в линии электропитания стабилизируют ток в диапазоне возможного изменения сопротивлений линий и датчика, а на выходе линии непосредственно в датчике стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления. Устройство, реализующее данный способ, содержит источник 1 электрической энергии, стабилизатор 2 тока на регулирующем транзисторе 3, линию

6 электропитания и датчик 7 аэрогазового контроля. B датчик введен стабилизатор 8 напряжения, подключенный параллельно це. пи питания, а в стабилизаторе 2 тока в цепь базы регулирующего транзистора 3 включен диод 4. Переход эмиттер-коллектор регулирующего транзистора зашунтирован емкостью, величина которой выбирается исходя из допустимой для данного транзистора скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер — коллектор. 2 с.п.ф-лы, 3 ил, 1710778

35

45

55

Изобретение относится к автоматической газовой защите на угольных шахтах и позволяет повысить искробезопасную мощность, стабильность и точность измерений состава и параметров взрывоопасной рудничной атмосферы путем увеличения КПД использования и поддержания на заданном уровне подводимой к датчикам искробезопасной мощности путем придания нагрузочной характеристике источника электрической энергии (постоянного или пе- ременного тока) нелинейного характера.

Известен способ искробезопасного дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля, основанный на стабилизации напряжения в источнике, который реализован в системе автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания метана в рудничной атмосфере AMT-3, содержащей феррорезонансный стабилизатор напряжения, токоограничительный резистор, искрогасящий шунт на вариконде, двухпроводную линию электропитания, а в качестве нагрузки — датчик контроля метана.

Недостатками системы являются нагрузочная характеристика источника электрической энергии имеет линейный характер, что не позволяет достигнуть величины коэффициента использования искробезопасной мощности более 0,25, так как в режиме короткого замыкания источника ток значительно превышает потребляемый ток нагрузки, в связи с чем снижается уровень искробезопасности; ограниченная длина линии электропитания (максимальное сопротивление шлейфа двухпроводной линии для двух километров составляет порядка

150 Ом), в пределах изменения которой ток, потребляемый датчиком и чувствительным элементом, уменьшается на 20 от максимального значения, что приводит к перераспределению потребляемой мощности и к нарушению стабильности параметров питания измерительной схемы. Кроме того, искрозащитный шунт на вариконде выбран из соображений максимального подавления перенапряжений во вторичной обмотке и имеет большую величину емкости, составляющую 0,1 мкФ. Эта емкость эквивалентна по воспламеняющей способности емкости

1,5 км линии электропитания, что не позволяет удалять датчик от источника на расстояние более чем 2 км.

Известно устройство, которое содержит источник постоянного тока, двухпроводную линию, схему элементов шунта на тиристоре, . аыпрямительном мосте, дросселе, конденсаторе и нагрузку, Дроссель и конденсатор используются в качестве элементов выделения суммарного сигнала, воздействующего на тиристор, величина которого пропорциональна скорости нарастания напряжения питания и скорости изменения тока в нагрузке.

Данное техническое решение может быть использовано с источником постоянного либо выпрямленного тока, однако ему присущи недостатки. Кроме того, подключение длинных линий электропитания снижает эффективность искрозащиты путем снижения сигнала по скорости изменения тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля, реализуемый в устройст-. ве для дистанционного аэрогазового контроля, содержащем датчик, линию электропитания и феррорезонансный стабилизатор напряжения, к выходу которого подключен стабилизатор переменного тока на регулирующем транзисторе, Устройство имеет нелинейную нагрузочную характеристику.

Однако по линии электропитания к датчику подводится непостоянная мощность, которая зависит от изменяющегося входного сопротивления датчика, что не исключает выхода источника из режима стабилизации тока. Изменение входного сопротивления, даже при постоянстве тока приводит к изменению напряжения питания на входе датчика, а следовательно, и к нарушению его метрологических характеристик. Кроме того, устройство не позволяет повысить искробезопасную мощность на выходе стабилизатора тока и добиться значительного увеличения сопротивления и протяженности линии электропитания, так как вынужденная необходимость повышения напряжения источника приводит к критическому значению скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер — коллектор регулирующего транзистора (при коммутации внешних цепей), способному вызвать кратковременные пробои данного перехода даже при напряжениях, не превышающих предельно допустимых значений. В результате этого при повреждениях внешней цепи в разрядах происходят кратковременные выбросы тока до значений тока короткого замыкания источника (если бы не было стабилизатора тока), которые приводят к увели-. чению энергии разряда, а следовательно, и к нарушению искробезопасности цепи.

Наличие емкости, шунтирующей переход коллектор — база регулирующего транзистора без наложения требований к ее

1710778

15 ности измерений параметров рудничной атмосферы. 20 точника электрической энергии нелинейно-, 25

35

45 величине при больШих перепадах напряжения на стабилизаторе тока не исключают пробоя данного перехода и нарушения искрозащитных свойств транзистора, как токоограничительного элемен га.

Таким образом, рассмотренные способы и технические решения не позволяют обеспечить одновременно требуемую искробезопасную мощность, стабильность и точность измерения датчиков аэрогазового, контроля при дистанционном питании их по длинным линиям с изменяющимся омическим сопротивлением, так как нагрузочная характеристика линии и датчика не позволяет поддерживать на заданном уровне ток и напряжение на входе датчика.

Целью изобретения является повышение искробезопасности, стабильности и точ

Согласно способу искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля, основанному на придании нагрузочной характеристике исго характера, на выходе источника в линии электропитания стабилизируют ток в диайазоне возможного изменения сопротивлений линии и датчика, а на выходе линии непосредственно в датчике стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления, Кроме того, в устройстве искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрогазового контроля, содержащем источник электрической энергии, стабилизатор тока на регулирующем транзисторе, линию электропитания и датчик, в датчик вводят стабилизатор напряжения, подключенный параллельно цепи питания, а в стабилизаторе тока в цепь базы регулирующего транзистора включают диод, переход эмиттер-коллектор зашунтирован емкостью, величина которой выбирается исходя из допустимой для данного транзистора скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер †коллект в соответствии с условием:

С

1 э игр где R — сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора; игр — граничная частота работы транзистора.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации способа на фиг.2 и 3 — принципиальные электрические

55 схемы устройства для реализации способа искробезопасного дистанционного питания датчиков аэрогазового контроля от источников переменного и постоянного токов.

Устройство содержит источник 1 электрической энергии переменного (фиг.2) или постоянного (фиг.3) тока, стабилизатор 2 тока на регулирующем транзисторе 3, линию

6 электропитания и датчик 7 аэрогазового контроля, причем в датчик введен стабилизатор 8 напряжения, подключенный параллельно цепи питания, а в стабилизаторе 2 тока в цепь базы регулирующего транзисто- ра 3 включен диод 4, эмиттер-коллекторный переход зашунтирован емкостью 5, величина которой выбирается исходя из допустимой для регулирующего транзистора 3 скорости нарастания напряжения на переходе эмиттер — коллектор в соответствии с условием:

С—

Ra гр где R — сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора; игр — граничная частота работы транзистора 3, В качестве источника 1 питания в устройстве может быть использован трансформатор (фиг.2) или трансформатор с выпрямителем (фиг.3). Стабилизаторы 2 тока в устройстве отличаются только спецификой их работы на переменном и постоянном токе и формированием опорного напряжения. В устройстве на фиг,2 это достигается дополнительной обмоткой трансформатора, работающего в режиме насыщения по принципу.феррорезонансного стабилизатора напряжения, а в устройстве на фиг.3 опорное напряжение формируется на стабилитроне. Стабилизаторы 2 тока выполнены совместно с источниками 1, а стабилизаторы 8 напряжения выполнены в датчиках 7 совместно с их электрическими преобразователями 9.

Устройство, реализующее способ, функционирует следующим образом.

В нормальном режиме работы по линии

6 независимо от величины ее омического сопротивления протекает ток, постоянный по величине и с сохранением формы. В зависимости от изменяющегося входного сопротивления датчика 7 ток перераспределяется между стабилизатором 8 напряжения и преобразователем 9 датчика 7 таким образом, что мощность, подводимая к датчику 7 и реализуемая им, остается по1710778

55 стоянной за счет стабилизации .напряжения.

При коротком замыкании линии 6 на выходе стабилизатора 2 тока скорость нарастания напряжения на переходе эмиттерколлектор регулирующего транзистора 3 не достигает опасных для пробоя значений путем выбора оптимальной величины емкости

5. Это значение определяется из.постоянной времени заряда RC, обеспечивающей время нарастания фронта напряжения, эквивалентное периоду Т граничной частоты

t

4 в цепь базы транзистора 3 также повышает искробезопасность путем исключения возможности пробоя по описанным причинам перехода база-.коллектор транзистора 3, На основе предлагаемых способа и устройства был изготовлен экспериментальный образец источника питания, а в серийно выпускаемый датчик метана ДМТ-4 введен стабилизатор напряжения. Испытания на искробезопасность на стандартном искрообразующем устройстве МЭК показывают, что при напряжении источника питания

О = 65В,,токе I =40 мА, емкости, шунтирующей транзистор, С 3000 пФ, длине линии, содержащей источник питания с датчиком, до

5 км(кабель ТАШ, R =375 Ом) схема является искробезопасной во всех режимах, обеспечивая,постоянство передаваемой мс цности.

Применение изобретения позволяет повысить искробезопасность протяженных линий электропитания, стабильность и точность измерений датчиков аэрогазового контроля параметров рудничной атмосферы.

Формула изобретения

1.Способ искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэрога.зового контроля, заключающийся в формировании нелинейной нагрузочной характеристики источника питания, о т л и ч а ю щ. и и с я тем, что, с целью повышения надеж5 ности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности„подводимой к датчикам на всем протяжении линии связи, на выходе источника питания стабилизируют ток в диапазоне изменения нагрузки, а на входе

10 датчика стабилизируют напряжение в диапазоне изменения его входного сопротивления., 2.Устройство искробезопасного дистанционного питания шахтных датчиков аэро15 газового контроля, содержащее источник питания, выход которого через. стабилизатор тока подключен к линии связи, и датчик аэрогазового контроля, причем стабилизатор тока содержит первый резистор, первый

20 вывод которого является входом стабилизатора тока, а второй подключен к эмиттеру транзистора, коллектор которого является выходом стабилизатора, и стабилитрон, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыше25 ния надежности аэрогазового контроля путем стабилизации мощности, устройство снабжено стабилизаторами напряжения по числу датчиков аэрогазового контроля, входы которых подключены к выходам линии

30 связи, а выходы — к входам датчиков аэрогазового контроля, а стабилизатор тока снабжен диодом и конденсатором; установленным между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора, катод диода

35 подключен к базе транзистора, а анод — к катоду стабилитрона, анод которого подключен к входу стабилизатора тока, величина емкости конденсатора выбирается в соответствии с условием

40 где R — сопротивление в цепи эмиттера регулирующего транзистора;

45 f

Составитель Л.Фаерштейн

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Заказ 321 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101