ДАТЧИК ГОРЮЧИХ ГАЗОВ
COMBUSTION GAS SENSOR

Изобретение принадлежит к области газового анализа и может быть применено в газоанализаторах горючих газов, которые используют термокаталитический метод газового анализа, и, в частности, в средствах шахтной метанометрии.
Известные термокаталитические газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов имеют диапазон измерений или сигнальных концентраций, которые не превышает 50-100% от нижней концентрационной границы распространения пламени (см. Сигнализатор СГГ-4М. Технические условия ТУ25-7407.043-91, № Госреестра России 12809-99, ФДУП "СПО Аналитприбор", г.Смоленск, Россия). Для метана или природного газа эта величина отвечает значениям объемных концентраций от 2,5 до 5%. Такая граница измерений (сигнальных концентраций) является максимально возможной для известных термокаталитических датчиков. Кроме того, известные термокаталитические датчики неоднозначны, они могут иметь тот же выходной сигнал на достехиометрических и постстехиометрических концентрациях (например, для метана одинаковый выходной сигнал может быть при значениях объемных концентраций около 2,5% и около 80%).
Известен, также, термокаталитический датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, стабилизатор тока чувствительных элементов, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы, компаратор формирования аварийного сигнала, устройство шунтирования аварийного сигнала (см. Описание изобретения к декларационному патенту Украины, № 65162 А от 15.03.2004, Бюл. №3). Главными недостатками этого, избранного как прототип известного решения являются сложность, необходимость встраивать регулируемый извне источник тока и необходимость каждый раз после замены чувствительных элементов, изготовленных под фиксированное напряжение, устанавливать ток. Кроме того, использование прототипа является эффективным только, если увеличение концентрации горючего газа происходит постепенно. Тогда при достижении первой пороговой концентрации (1-2%) срабатывает аварийная сигнализация. Если же увеличение объемной концентрации горючего газа происходит мгновенно, например с 0,5%т до 30%, первая пороговая концентрация не достигается, и аварийная сигнализация не срабатывает. Это связано с инерционностью чувствительных элементов.
В основу изобретения поставлена задача создать такой датчик горючих газов, в котором путем введения новых элементов и связей между ними стало бы возможным упрощение устройства, исчезла необходимость встраивать регулируемый извне источник тока и исчезла необходимость каждый раз после замены чувствительных элементов устанавливать ток. А также избежать возможности неоднозначности в работе чувствительных элементов при мгновенном увеличении объемной концентрации горючего газа. Поставленная задача реализовывается за счет того, что датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы и компаратор формирования аварийного сигнала, дополнительно содержит стабилизатор напряжения, вход которого подключен через измерительный шунт к источнику питания, а выход подключен к входу мостовой измерительной схемы, а также измеритель тока, вход которого подключен к измерительному шунту, а выход - к компаратору формирования аварийного сигнала, измеритель напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя сигнала мостовой измерительной схемы, а выход подключен к входу схемы управления, входы которой подключены к выходам компаратора формирования аварийного сигнала и измерителя напряжения.
На чертеже изображена функциональная схема датчика горючих газов, который заявляется. Предложенный датчик содержит: источник питания (1), стабилизатор напряжения (2), измерительный шунт (3), измеритель тока (4), мостовую измерительную схему, которая включает в себя измерительный и компенсационный чувствительные элементы (5), усилитель сигнала мостовой измерительной схемы (6), измеритель напряжения (7), компаратор формирования аварийного сигнала (8) и схему управления, одной из функций которой есть выдача аварийного сигнала (9).
Работает предложенный датчик горючих газов таким образом.
Мостовая измерительная схема (5), так же как и весь датчик, питается от стабилизатора напряжения (2), который подключен через измерительный шунт (3) к источнику энергии (1). При отсутствии горючего газа в анализируемой среде сигнал на выходе мостовой измерительной схемы отсутствует, соответственно, отсутствует сигнал и на выходе усилителя сигнала мостовой измерительной схемы (6), и на выходе измерителя напряжения (7). Схема управления, которая отслеживает выходной сигнал измерителя напряжения, не срабатывает и, соответственно, не выдает аварийного сигнала. Измеритель тока (4) не регистрирует роста тока на измерительном шунте (3), сигнал на выходе компаратора формирования аварийного сигнала (8) отсутствует. Схема управления, которая отслеживает выходной сигнал компаратора формирования аварийного сигнала, не срабатывает и, соответственно, не выдает аварийного сигнала. Датчик, в целом, работает в режиме ожидания и аварийного сигнала не выдает. По мере появления горючих газов в анализируемой среде на выходе мостовой измерительной схемы (5) формируется сигнал, соответственно, усиленный сигнал появляется и на выходе усилителя (6). Схема управления (9) с помощью измерителя напряжения (7) отслеживает рост напряжения и при достижении в анализируемой среде первой пороговой концентрации горючего газа принимает решение о выдаче аварийного сигнала. В том случае если рост концентрации горючего газа является мгновенным, измеритель тока (4) фиксирует рост тока на измерительном шунте (3) до заданной величины. На выходе измерителя тока появляется сигнал, который анализируется компаратором формирования аварийного сигнала и передается схеме управления (9), которая при достижении заданной величины тока принимает решение о выдаче аварийного сигнала. Такое отслеживание схемой управления тока на измерительном шунте позволяет обеспечить анализ концентрации горючих газов в анализируемой среде при любых значениях объемных частиц горючих газов и с любой скоростью их появления. Таким образом, при реализации датчика горючих газов, который заявляется, достигается технический результат, который заключается в упрощении устройства, исчезновении необходимости встраивать регулируемый извне источник тока и исчезновении необходимости каждый раз после замены чувствительных элементов устанавливать ток. А также становится возможным избежать неоднозначности в работе чувствительных элементов при мгновенном увеличении объемной концентрации горючего газа.