ДЕТЕКТОР ГАЗА

Полезная модель относится к газоаналитическим приборам и может быть использована для анализа горючих газов в воздухе, в частности, для обнаружения довзрывных концентраций взрывоопасных газов в автомобиле.
Известен индикатор взрывоопасности, предназначенный для определения довзрывных концентраций горючих газов и паров в воздухе, который состоит из источника питания, каталитически активного чувствительного элемента, включенного в четырехплечий измерительный мост, и измерительного прибора. Реакция термокаталитического окисления горючего компонента на каталитически активном чувствительном элементе изменяет его температуру и сопротивление, что приводит к разбалансу измерительного моста, который регистрируется измерительным прибором с нанесенной на его шкалу сигнальной зоной (Иовенко Э.Н. Автоматические анализаторы и сигнализаторы токсичных и взрьшчатых веществ в воздухе. - М.: Химия, 1972, с. 5355).
Недостатком известного устройства является малая точность измерений довзрывных концентраций взрывоопасных газов в широком диапазоне рабочих температур.
Известен также термохимический сигнализатор, содержащий источник питания, измерительный мост с каталитически активным чувствительным элементом, операционный усилитель, источник опорного напряжения, пороговое реле, усилитель, сигнальные элементы и релейный блок обработки сигнала датчика (АС № 978171, G08B17/10. Опубл. 30.11.1982 г. Бюлл. №44).
ДЕТЕКТОР ГАЗА Однако этот сигнализатор также не обеспечивает в широком диапазоне рабочих
температур необходимую точность измерений, кроме того он конструктивно сложен и недостаточно надежен в эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности является датчик природного газа, состоящий из моста Уитсона, питаемого источником постоянного напряжения. В качестве активного элемента в мосте используется датчик TGS 813С, предназначенный для обнаружения взрывоопасных газов. Выходной сигнал моста поступает затем на компаратор (например, ИС M51204L), который при превышении некоторого определенного выходного напряжения, устанавливаемого с помощью потенциометра, отпирает транзистор. Этот сигнал включения можно использовать затем для управления аварийной сиреной или вентилятором подачи воздуха в загазованное помещение (Виглеб Г. Датчики. Пер. с нем. - М.: Мир, 1989, с. 104-107).
Но и этот датчик газа имеет недостаточную точность измерений довзрывных концентраций взрывоопасных газов в широком диапазоне рабочих температур.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повьццение точности измерения довзрывных концентраций взрывоопасных газов в широком диапазоне рабочих температур.
Для решения указанной задачи в датчик, содержаший активный чувствительный и рабочий элементы, включенные в четьфехплечий измерительный мост, одна диагональ которого подключена к источнику питания, а другая - к входу компаратора, транзисторный ключ, дополнительно введены согласующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных резисторов, балластный резистор и стабилитрон. Причем в качестве активного чувствительного элемента использован термокаталитический чувствительный элемент, а в качестве транзисторного ключа - полевой транзистор, в последовательно соединенном с активным элементом плече измерительного моста в качестве рабочего элемента использован компенсационный термопреобразователь, а
общая точка чувствительного элемента и компенсационного термопреобразователя подсоединена к второму входу компаратора, выход которого соединен с затвором полевого транзистора. При этом к стоку полевого транзистора подключена согласующая цепочка, средняя точка которой служит выходом датчика, а выводы согласующей цепочки и истока полевого транзистора соединены с минусовой шиной источника питания, к положительной шине источника питания подсоединен первый вывод балластного резистора, к второму выводу которого подключен катод стабилитрона, а анод стабилитрона соединен с минусовой щиной источника питания.
Использование в качестве активного чувствительного элемента термокаталитического чувствительного элемента позволяет использовать детектор газа в широком диапазоне рабочих температур (от - 40 °С до + 100 °С).
Применение в качестве транзисторного ключа полевого транзистора уменьшает разброс значений выходного сигнала, повышая тем самым точность измерения довзрывных концентраций взрывоопасных газов.
Использование в последовательно соединенном с активным элементом плече измерительного моста в качестве рабочего элемента компенсационного преобразователя позволяет поддерживать баланс моста в широком диапазоне рабочих температур (от - 40 Сдо+100°С).
Подсоединение общей точки чувствительного элемента и компенсационного термопреобразователя к второму входу компаратора служит для передачи сигнала с измерительного моста на компаратор.
Соединение выхода компаратора с затвором полевого транзистора служит для передачи сигнала с выхода компаратора на вход управления транзисторного ключа. возможность передачи на регистрирующий прибор (например, на бортовой контроллер
автомобиля) сигнала в виде изменения сопротивления, что позволяет определить момент загазованности и (или) исправность (целостность) цепей между регистрирующим прибором и активным чувствительным элементом детектора газа.
Подсоединение первого вывода балластного резистора к положительной шине источника питания, а второго вывода - к катоду стабилитрона и соединение анода стабилитрона с минусовой шиной источника питания защищает детектор газа при превьш1ении напряжения питания детектора выше установленного значения.
На фиг. представлено принципиальное устройство детектора газа.
Детектор газа состоит из источника питания 1 (например, бортовой сети автомобиля); измерительного моста 2 с термокаталитическим чувствительным элементом 3, компенсационным термопреобразователем 4, и потенциометром 5; компаратора 6 (ИС M51204L); согласующей цепочки 7, состоящей из двух резисторов 8 и 9; полевого транзистора 10 (КП-501); балластного резистора 11; стабилизатора 12 (7805); стабилитрона 13; измерительной схемы 14 (например, сигнальное устройство или контроллер автомобиля, или бортовой компьютер и т. д.).
Детектор газа работает следующим образом.
Напряжение от источника питания 1 через балластный резистор 11 подается на стабилизатор 12, а затем с выхода стабилизатора 12 - на измерительный мост 2. Одновременно напряжение питания подается на компаратор 6, уровень срабатывания которого регулируется потенциометром 5, введенным в измерительную диагональ моста 2. При превышении опорного напряжения открывается стабилитрон 13, при этом избыточное напряжение гасится на балластном резисторе 11. При подаче напряжения на измерительный мост 2 термокаталитический чувствительный элемент 3 и компенсационный термопреобразователь 4 нагреваются до рабочей температуры.
отсутствует и поэтому полевой транзистор 10 заперт.
При прохождении через детектор газа горючего газа последний сгорает на термокаталитическом чувствительном элементе 3 и компенсационном термопреобразователе 4. Температура чувствительного элемента 3 при этом повышается, меняя его сопротивление. В результате этого нарушается равновесие моста 2, и в его измерительной диагонали возникает ток, величина которого пропорциональна концентрации определяемого компонента. С помощью моста 2 изменение тока преобразуется в изменение напряжения, поступающего затем на компаратор 6, который при превышении некоторого определенного напряжения, устанавливаемого с помощью потенциометра 5, отпирает полевой транзистор 10. который замыкает на минусовую шину один из резисторов 8 или 9 согласующей цепочки 7. При этом изменившееся при превышении загазованности сопротивление термокаталитического чувствительного элемента 3 регистрируется измерительной схемой 14.
Заявляемый детектор газа разработан и изготовлен в Государственном унитарном научно-производственном предприятии Газотрон-С - дочернем предприятии Федерального государственного унитарного предприятия Научно-производственное предприятие Алмаз. В настоящее время детектор газа проходит испытания в ОАО АВТОВАЗ (г. Тольятти) на автомобилях с двухтопливным двигателем (газ - бензин) ВАЗ-2110.