Způsob a zařízení pro přetržité zjišťování obsahu hořlavého plynu v ovzduší detektorem

Číslo patentu: 253573

Dátum: 12.11.1987

Autori: Rose Gérard, Boutonnat Maurice

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

vynález se týká způsobu zjiščování obsahu hořlavého plynu v ovzduší a zařízení pro jeho provádění.Jsou známy různé typy explozimetrů, v nichž se měří obsah hořlavého plynu v ovzduší,a to například katalytickým spalováním na platinovém vláknu. Toto spalování vyvoláva ohřev a tedy i výohylku elektrického odporu. Té se používá pro vyvolání nerovnováhy Wheatstonova můstku, napájeného zdrojem stejnosměrného proudu a V němž je vloženo uvedené vlákno. Wheatstonův můstek je seřízen v nepřítomnosti jakékoli stopy hořlavého plynu pomocí potenciometru tak, aby při zjištění nulového obsahu plynu v ovzduší vydával signál nulového výstupního napětí. ohřev vlákna vyvolá nerovnováhu můstku zvýšením absolutní hodnoty výstupního napětí nad nulovou hodnotu, přičemž toto napětí může být kladné nebo záporné. Tato hodnota výstupního napětí se nakonec měří.U detektorú tohoto typu je známé, že po určité době dostatečně k tomu, aby se měřená hodnota stabilizovala, nabývá při nepřítomnosti hořlavého plynu V ovzduší výstupní napětí nulové hodnoty. Zvyšuje-li se obsah hořlavého plynu, zvyšuje se výstupní napětí až na určitou hodnotu závislou na povaze měřicího vlákna a po té se poněkud sníží a v zápětí prudce poklesne na zápornou hodnotu, zvětšuje-li se dále obsah hořlavěho plynu přes určitý prah. Dochází tedy k inverzi signálu vydávaného detektorem, tj. hodnoty výstupního napětí.Měření obsahu hořlavého plynu pomocí detektorů tohoto typu se provádí cestou přetržitým způsobem, tj. neměří se průběžný vývoj velikosti výstupního napětí v závislosti na čase,tj. postupu napájení měřioího vlákna. Některá měřicí vlákna však mohou v okamžiku stabilizace hodnoty výstupního napětí vykazovat pro různé obsahy hořlavého plynu v ovzduší stejné výstupní napětí, takže bez předchozího sledování průběhu výchylky výstupního signálu dochází k nebezpečí chybných závěru v důsledku dvojznačnosti měření. stejně tak mohou některá ovzduší s vysokým obsahem hořlavého plynu vykazovat již na počátku měření charakteristický průběh,takže další měření vyvolává zbytečné opotřebení vlákna tím, že se až do doby stabilizace výstupní hodnoty napájí normálním měřicím napětím. Toto další měření je však zbytečné, nebot zpravidla stačí signalizace překročení určité prahové hodnoty maximálního pŕípustného obsahu hořlavého plynu V atmosféře, aby se mohlo spustit poplašné zařízení.Uvedené nedostatky odstrañuqe vynález, spočívající v přetržítém zjištování obsahu hořla vého plynu V ovzduší detektorem, poskytujícím polarizovaný signál nerovnováhy, projevujícíse v hodnotě výstupníhoelektrického napětí detektoru, jehož podstatou je, že v prvním stupni zjiščovacího sledu se detektor napájí prvním napětím a pokud se zjistí kladné výstupní napětí. přeruší se napájení detektoru, načež se ve druhém stupni, pokud signál zjíštěnýV prvním stupni byl záporný nebo nulový, detektor napájí druhým napětím, které je vyšší než je první napětí, a měří se výstupní napětí v době na konci druhého stupně, přičemž doba konce druhého stupně se volí v okamžiku stabilizace hodnoty výstupního napětí a doba konce prvního stupně se volí od 0,4 do 1 sekundy.Doba konce prvního stupně je dále v souladu s terminologií, která bude používána při vysvětlování příkladů provedení s odvoláním na výkresy, označována jako doba nebo čas ti a doba konce druhého stupně tz.V praxi se velikost hodnoty tí může různit podle typu měřicího vlákna a v zásadě se volí taková, v níž se vlákno zahřeje na funkční teplotu, umožňující odfiltrovat případy, kdy obsah plynu přesahuje přípustný prah a další měření je zbytečné. Doba 52 se volí s výhodou v rozmezí od 1,9 do 2 sekund.Druhé napětí je normální měřicí napětí a volí se s výhodou v rozmezí od 1,2 do 1,4 V. První napětí je snížené napětí, určené k odflltrování případů s velmi vysokým obsahem hořlavého plynu, a volí se s výhodou v rozmezí od 0,9 do 1,0 ý.vynález se taktéž vztahuje na zařízení pro zjištování obsahu hořlavého plynu v ovzdušívýše uvedeným způsobem, obsahující detektor, zesilovač připojený k detektoru, a snižovací obvod napětí, jednak uzemněný na kostru přes první spínač a jednak připojený přes druhý spínač k detektoru, a napájecí ústrojí, a dále obsahující podle vynálezu diskríminátor, připojený jednak k prvnímu spínači a jednak k zesilovači, a časovou základnu, připojenou ke druhému spínači.vynález přináší oproti známému stavu podstatnou výhodu V tom, že umožňuje v prvnímstupni měření odfiltrovat případy velmi vysokého obsahu hořlavěho plynu v ovzduší, kde již zjištění kladné hodnoty výstupního napětí v čase tl samo o sobě stačí ke spuštění poplašného zařízení bez dalšího zjiščování konkrétní hodnoty procentuelního obsahu. Šetří se tedy vlákno detektoru, přičemž úspornost způsobu podle vynálezu je dále zvýrazněna tím, že se v prvním stupni volí podnormální napájecí napětí, které je pro zjištění případů, jež se mají odfiltrovat, zcela postačující. Při postupu dle známého stavu techniky, kdy se v každém případě pokračuje měření normálním napájecím napětím až po stabilizaci hodnoty výstupního napětí, naproti tomu dochází k tomu, že opakovaná měření při velkých obsazích hořlavého plynu, napříkladpři obsahu vyšším než 30 , vedou ke krakovacím jevům, vyvolávajícím tvorbu nánosu uhlíkuna detekčním vláknu. Dochází pak V průběhu života detektoru k modifikaci křivky výstupního napětí, charakterizující pro daný obsah hořlavého plynu v ovzduší jeho závislost na čase.Druhou zásadní předností vynálezu, vyplývající z odfiltrování velkých obsahů hořlavého plynu V prvním stupni, je naprostá spolehlivost měření pro jakýkoli obsah od O do 100 . Vyloučí se totiž případy dvojznačných výsledků měření, kdy se při různém průběhu křivky v čase od počáteční doby až po dobu tz a tedy při různém obsahu hořlavého plynu v ovzduší naměří stejná stabilizovaná hodnota výstupního napětí v čase tz.Způsob podle vynálezu má všeobecné uplatnění a nezávisí na povaze vlákna. Je použitelný ve spojení s jakýmkoli měřicím můstkem, poskytujícím polarizovaný signál nerovnováhy a s jakoukoli amplitudou, vyznačující se nebo nevyznačující se inverzním jevem.Způsob podle vynálezu se obzvláště hodí pro použití při zjiščování metanu v uhelných dolech. švynález je blíže vysvětlen v následujícím popise s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 diagram průběhu výstupního napětí V závislosti na čase v době od O do tl, demonstrující přerušení napájení detektoru V prvním stupni měření, když byla zjištěna kladná hodnota výstupního napětí, obr. 2 diagram průběhu výstupního napětí V závislosti na čase demonstrující stav V okamžiku tl pro různé obsahy plynu v ovzduší, obr. 3 diagram průběhu výstupního napětí v závislosti na čase pro případ nulového obsahu hořlavého plynu v ovzduší, demonstrující vliv druhu měřicího vlákna nebo jeho stárnutí na průběh křivky,obr. 4 obdobný diagram jako na obr. 3 pro případy měření jedné a téže atmosféry s velmi vysokým obsahem hořlavého plynu různými měřicími detektory, obr. 5 diagram průběhu výstupního napětí v závislostí na čase demonstrující případy, kdy různá ovzduší mají v intervalu od 0 do tí stejný průběh křivky výstupního napětí, obr. 6 diagram průběhu výstupního napětí v závislosti na čase, ukazující, jak měřením ve dvou stupních umožňuje způsob podle vynálezu vyloučit dvojznačnost výsledků měření, a obr. 7 blokové schema zařízení podle vynálezu. Na obr. 1 až 6 je na vodorovné ose vynášen čas t a na svislé ose výstupní napětí jako signál 1 5.Obr. 1 a 2 v zásadě zobrazují graficky nejrůznější možné situace, k nimž může dojít při zjiščování obsahu plynu v ovzduší způsobem podle vynálezu. Vychází se přitom z okamžiku Q,reprezentovaném počátkem Vodorovné souřadnicové osy, na níž jsou vyneseny časové hodnoty odpovídající době napájení detektoru. V tomto okamžiku je vlákno chladné a výstupní napětí je bez ohledu na druh měřicího vlákna záporné a činí přibližně -50 mV. V průběhu napájení se vlákno zahřívá a měřené výstupní napětí se mění v závislosti na čase podle obsahu hořlavého plynu ve sledovaném ovzduší.Obr. 1 ukazuje případy, kdy obsah plynu je vysoký a zjevně přesahuje minimální přípustnou prahovou hodnotu. V tomto případě dochází v okamžiku 51 k dosažení hodnoty výstupního napětívětší než Q, načež se další napájení měřicího vlákna přeruší a měření se ukončí spuštěním poplašného zařízení nebo jinou indikací nepřípustné velikosti obsahu hořlavého plynu v ovzduší. Jak je z obr. 1 patrné, může k prekročení nulová hodnoty výstupního napětí dojít v různém časovém okamžiku, a to podle povahy měřicího vlákna detektoru, tj. podle toho, kdy se vlákno zahřeje na funkční teplotu. Toto časové rozmezí, vymezující konec prvního stďpně zjištování obsahu plynu V ovzduší, se pohybuje od 0,4 do 1 sekundy.Při vysokém obsahu hořlavého plynu v ovzduší však nemusí vždy výstupní napětí překročit v čase tí nulovou hodnotu a nabýt kladné hodnoty. Je-li proto V čase ti výstupní napětí detektoru stále záporné nebo nulové, nelze měření uzavřít, a v měření se pokračuje. Detektor se pak napájí nikoliv sníženým prvním napětím X 1 o velikosti zpravidla 0,9 až 1,0 V, ale normálním měřicím druhým napětím X 2 o hodnotě 1,2 až 1,4 V. Od okamžiku 31 do doby 52, kdy se hodnota výstupního napětí stabilizuje, je průběh výstupního napětí v závislosti na čase pro určitý detektor různý podle toho, jaký je obsah hořlaąěho plynu v ovzduší. V zásadě je však rozhodující to, jaké hodnoty nabude výstupní napětí v čase 32, tj. s výhodou po 1,9 až 2 sekundách od počátku měření. Tato hodnota se měří a zjiščuje se, je-li obsah hořlavého plynu v ovzduší malý, tj. pod prahovou hodnotou ľi (E-ĺi), zda je nulový (3 Q), nebo zda je nepřípustně vysoký, tj. přesahující prahovou hodnotu Ei (2)-ľi) nebo velmi vysoký, tj. značně přesahující prahovou hodnotu (gýšgi). Jak je z obr. 2 patrné, dochází ve dvou případech v době mezi E 1 a E 2 k inverzi výstupního napětí detektoru, tj. záporné napětí se mění na kladné, přičemž V případě vysokého obsahu hořlavého plynu V ovzduší (g-gi), tj. čárkované křivky Q, se výstupní napětí nejprve mění na kladné a po té znovu klesá pod nulovou hodnotu.Obr. 3 a 4 ukazují vliv povahy měřicího vlákna nebo jeho optřebení na průběh křivky výstupního napětí v závislosti na čase od okamžiku Q do okamžiku 52. Obr. 3 ukazuje případy různě strměho průběhu křivky pro stejná ovzduší, kdy je obsah hořlavého plynu nulový a kdy se napětí nakonec vždy v čase É 2 anuluje. Obr. 4 ukazuje obdobnou situaci pro jednu a tutéž atmosféru s vysokým obsahem hořlavého plynu (§ľi), měřenou různými detektory. V prvním případě (křivka E) má křivka zpočátku strmý průběh, v čase 31 výstupní napětí nabude kladné hodnoty a další měření se v důsledku positivního zjištění ukončí. V případě křivek E a 5 měření pokračuje při napájení detektoru druhým napětím X 2 až do doby E 2, kdy se zjistí stejný výsledek, tj. záporné výstupní napětí, charakterizující nepřípustnou koncentraci hořlavého plynu v ovzduší. U křivky E přitom dochází k inverzi výstupního napětí až ve druhémObr. 5 dokumentuje blíže význam dvoustupňového měření v případě, kdy v intervalu od.Ě 9 aÉĚ 1 křivky výstupního napětí bez jeho inverze. Výsledky získané vs druhém stupni dotazováníposkytují ovzduší s různým obsahem hořlavého plynu V ovzduší stejný průběh detektoru však mohou být různé a mohou V zásadě spadat do všech čtyř výše uvedených kategorií,vyznačených v obr. 2. Vynález tedy umožňuje odstranit nejistoty existujíoí v okamžiku E 1, které jsou zpravidla důsledkem povahy vlákna, a to pokračováním měření při napájecím druhém a napětí 12. Pro hodnoty obsahu hořlavého plynu v ovzduší §ľi k takovým situacím dojít může, avšak jsou zpravidla vyjímečné, nebot většina měřicíoh vláken poskytuje v čase mezi 5 O at 31 kladnou hodnotu výstupního napětí.Obr. 6 ukazuje nevýhody měření způsobem podle známého stavu techniky. Pěi kterém ae neodfiltrují případy 1 21 v prvním stupni dotazování detektoru. Jak je z diagramu patrné, V může dojít v některých případech k naměření stejných hodnot v čase E 2, i když obsah hořlavéhoplynu v ovzduší je zcela odlišný. Tečkovaná křivka na obr. 3 charakterizuje průběh výstupního napětí detektoru pro ovzduší s obsahem hořlavého plynu 3 , zatímco čárkovaná krivka odpovídá ovzdďší s obsahem hořlavého plynu 60 . Při přerušení měření v čase 31 pro ovzduší s obsahem 6 qhš tj. 3 gi, čímž se předem vyloučí jedna z možností připadajících v úvahu, tak nemůže dojít ke dvojznačnosti měření.Podle vynálezu se v druhém stupni dotazování detektoru registruje pouze signál odpovídající tečkované křivce, zjistí se, že je v čase 32 kladný, což ve smyslu obsahu obr. 2 zname 5 253573ná, že obsah hořlavého plynu v ovzduší je malý (ĺEĺ) a tento obsah se zméří na podklade zjištění hodnoty výstupního napětí detektoru. Podle známého stavu techniky by však bylo možné v případě takového ovzduší usuzovat na obsah 60 a vyvolat planý poplach.Na obr. 7 je formou blokového schematu znázorněno zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu, obsahující detektor A, zesilovač Ž výstupního signálu, který je k tomuto detektoru A připojen, a dále snižovací obvod l napětí, který je jednak uzemněn přes spínač g a jednak je přes spínač Ä spojen s detektorem 5, a napájecí ústrojí Z. Podle vynálezu obsahuje zařízení dále dískriminátor §, pripojený jednak k prvnímu spínači g a jednak k zesilovači 5, a časovou základnu Ě, připojenou ke druhému spínači 3. Druhý spínač Ä je dvojpolohový spínač a jeho první poloha ll odpovídá sníženému napájecímu prvnímu napětí E 1 a druhá poloha lg odpovídá normálnímu napájecímu druhému napětí X 2.Detektor 3 je tvořen například Wheatstonovým můstkem, jehož čtyři větve jsou tvořeny detekčním vláknem lg, kompenzačním vláknem lg, prvním odporema druhým odporom, sěriově zapojeným s potenciometrem pro regulaci nulové hodnoty, přičemž tato regulace se provádíza nepřítomnosti jakékoli stopy hořlavého plynu, jak již bylo uvedeno.Zesilovač 5 je zesilovač stejnosměrného proudu, vyvíjeněho zdrojem kladného napětí.Jeho úkolem je přeměñovat hodnotu výstupního signálu detektoru Q na vyšší hodnotu.Napájecí obvod l zahrnuje prvky schopné snižovat napětí, poskytované kladným zdrojem, na dvě Volené hodnoty napětí, a to první napětí X 1yl je nižší než druhé napětí Z 2. Zdroj kladného napětí může být tvořen jedním nebo vícečlánky, baterií nebo transformátorem s usměrñovačem, napájeným sítí a obsahujícím s výhodou stabilizační obvod. spínače 2 a 3 mohou být jakéhokoli známého typu. S výhodou jsou elektro nickáho typu.Diskriminátor Q je tvořen obvody, provádějícímí logické operace. Ovládá spínač g podle znaměnka a/nebo velikosti hodnoty výstupního napětí detektoru 5. Časová základna §, umožňují cí zahájit dotazovací sled, je ovládána bud ručně nebo elektronicky.Zařízení podle vynálezu může být s výhodou připojeno k poplašněmu systému g, ovládaněmu znaměnkem a/nebo Velikostí hodnoty výstupního napětí detektoru É. Poplašný systém 3 je připojen bud k zesilovači 5, anebo, jak je znázorněno na obr. 7, k diskriminátoru É. Poplach může být vydáván zvukové nebo vizuelně, popřípadě obojím způsobem. Zařízení podle vynálezu může být konečně kromě toho spojeno s ústrojím pro zpracování signálu, připojeným k zesilovači Ě a schopným měnit naměřenou hodnotu výstupního napětí detektoru na údaje 0 obsahu hořlavého plynu V ovzduší. Tato ústrojí jsou cejchována klasickým způsobem tak, že se do jejich paměti vloží bod nula, tj. nulový obsah hořlavého plynu, bod X, tj. obsah x procent hořlavého plynu ve vzduchu, který je přesně znám, a tvar křivky charakterizující průběhZařízení pracuje následujícím způsobem. V čase g O vyvolá zahájení dotazovacího sledusepnutí před tím rozpojených spínačů Ä a 2. Spínač Ä se sepne na první polohu ll. V časeE 1, je-li hodnota výstupního napětí kladné, vyvolá diskrimínátor É rozpojení spínače 3 a připojený poplašný systém 2 je uveden v činnost. Je-li v čase El výstupní napětí detektoruÉ záporně nebo nulová, udržuje diskriminátor Ě sepnutí spínače 3 a časová základna Ě překývne spínač g nad druhou polohu lg, čímž se zahájí druhý stupeň dotazovacího sledu. V čase tv,který značí konec dotazovacího sledu, může dojít ke dvojí situaci. zůstává-li hodnota výstupního napětí záporná, spustí poplašný systém, nebot obsah hořlavého plynu v ovzduší je velmi vysoký (ľàý ľĺ). Je-li naproti tomu zjištěná hodnota Výstupního napětí kladná, uvede se poplašný systém g V činnost pouze tehdy, presahuje-li hodnota výstupního napětí hodnotuodpovídající předem určenému prahu obsahu hořlavého plynu.

MPK / Značky

MPK: G01N 27/16

Značky: ovzduší, zařízení, plynů, způsob, hořlavého, pretržité, zjišťování, obsahu, detektorem

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-253573-zpusob-a-zarizeni-pro-pretrzite-zjistovani-obsahu-horlaveho-plynu-v-ovzdusi-detektorem.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Způsob a zařízení pro přetržité zjišťování obsahu hořlavého plynu v ovzduší detektorem</a>

Podobne patenty