ИНДИКАТОР СТЕПЕНИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к области анализа газовоздушных смесей с каталитическим окислением и может быть использована, преимущественно, для индикации в системах взрывопредупреждения и контроля степени взрывоопасности взрывоопасных объектов.
Известен термохимический сигнализатор, содержащий источник питания, измерительный мост с чувствительным элементом, операционный усилитель, источник опорного напряжения, пороговое реле, усилитель, сигнальные элементы и релейный блок обработки сигнала датчика, содержащий два реле и реле времени (Авторское свидетельство СССР №978171, G 08 В 17/10. Опубл. 30.11.82 г. Бюл. №44).
Но в этом сигнализаторе отсутствует унифицированный источник питания для первичных и вторичных элементов системы. Кроме того, сигнализатор имеет большие потери в балластных элементах при невысокой чувствительности системы.
Известно также устройство для контроля горючих газов малой концентрации, содержащее блок питания, первый генератор управляемой частоты, второй генератор стабильной частоты, первый выпрямитель, второй выпрямитель, компаратор, усилитель мощности, измерительный мост, дифференциальный усилитель, усилитель-ограничитель, блок частотно-аналогового преобразователя, усилитель тока, измерительную головку и блок сигнализации (Патент СССР №1831681, G 01 N 27/16. Опубл. 30.07.93 г. Бюл. №28).
Однако, в этом устройстве уровень питающего напряжения термокаталитических газовых сенсоров (являющихся низкоомными элементами) не обеспечивает работоспособность вторичных элементов.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности является индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси, содержащий последовательно включенные генератор, устройство питания датчика, мостовую схему с включенным в рабочее плечо термокаталитическим преобразователем (сенсором), устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение и выходной блок индикации. При этом генератор выполнен в виде генератора импульсов стабильной скважности, устройство питания датчика выполнено в виде источника импульсного напряжения, устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение выполнено в виде синхронного детектора на два входа и один выход,
причем управляющий вход синхронного детектора подключен к выходу источника импульсов стабильной скважности, выходные импульсы которого устанавливаются по соотношению
где: Q - скважность;
Uп - напряжение питания источника импульсного напряжения;
н
U - напряжение питания (напряжение постоянного тока) термокаталитического преобразователя (сенсора) (Патент РФ №2096776, G 01 N 27/16, 25/50. Опубл. 20.11.97 г. Бюл. №32).
Однако, это устройство имеет недостаточную надежность и чувствительность.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности и чувствительности индикатора, его упрощение.
Требуемый технический результат достигается тем, что в индикаторе степени взрывоопасности газовоздушной смеси, содержащем последовательно включенные генератор импульсов стабильной скважности, источник импульсного напряжения, состоящий из усилителя тока и силового ключа, мостовую схему с включенным в рабочее плечо термокаталитическим преобразователем (сенсором), устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение и выходной блок, устройство преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение выполнено в виде детектора, а выходные импульсы источника импульсов стабильной скважности устанавливаются по соотношению:
где: Q - скважность;
Uп - напряжение питания источника импульсного напряжения;
Uн - напряжение питания (напряжение постоянного тока) термокаталитического преобразователя (сенсора);
Uк - падение напряжения на силовом ключе в открытом состоянии.
Отличительными признаками предлагаемого индикатора степени взрывоопасности газовоздушной смеси от указанного выше, наиболее близким к нему, является выполнение устройства преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение в виде детектора и установление выходных импульсов источника импульсов стабильной
скважности по соотношению:
где: Q - скважность;
Uп - напряжение питания источника импульсного напряжения;
Uн - напряжение питания (напряжение постоянного тока) термокаталитического преобразователя (сенсора);
Uк - падение напряжения на силовом ключе в открытом состоянии.
Выполнение устройства преобразования сигнала мостовой схемы в постоянное напряжение в виде детектора позволяет упростить схему устройтва.
А установление выходных импульсов источника импульсов стабильной скважности по соотношению:
где: Q - скважность;
Uп - напряжение питания источника импульсного напряжения;
Uн - напряжение питания (напряжение постоянного тока) термокаталитического преобразователя (сенсора);
Uк - падение напряжения на силовом ключе в открытом состоянии. повышает точность установки режима сенсора, что приводит к повышению надежности индикатора.
В индикаторе - прототипе не учитывается падение напряжения на силовом ключе в открытом состоянии Uк, которое отражается на рабочей температуре термокаталитического датчика. Т.е., пренебрежение падением напряжения на силовом ключе Uк снижает надежность и чувствительность индикатора.
Поясним на примере влияние падения напряжения на силовом ключе Uк на характеристики индикатора.
Напряжение питания источника импульсного напряжения Uп, как правило, выбирается равным 5 В.
Типичное рабочее напряжение питания термокаталитического преобразователя Uн равняется 2-3 В при потребляемой мощности Рн порядка 300 мВт, т.е. при токе Jн=(100-150) мА.
Для термокаталитического датчика с Uн=2,5 В, Рн=300 мВт и Jн=120 мА определим скважность Q выходных импульсов источника импульсов по формуле, приведенной в прототипе:
Падение напряжения на силовом ключе в открытом состоянии Uк, например, на транзисторе типа Кт815 равно 0,6В.
В этом случае, с учетом UK=0,6 В, действительное напряжение питания источника импульсного напряжения будет равно U'п=Uп-Uк=5-0,6=4,4 В.
А действительное напряжение питания термокаталитического преобразователя тогда составит
Т.е. действительное напряжение питания термокаталитического преобразователя U'н=2,2 В отличается от рабочего напряжения Uн=2,5 В на 0,3 В, т.е. на 12%. И пренебрегать столь существенной разницей нельзя.
Таким образом, учет падения напряжения на силовом ключе в открытом состоянии повышает надежность индикатора.
На фиг. представлена структурная схема индикатора степени взрывоопасности газовоздушной смеси, где 1 - генератор - источник импульсов стабильной скважности, выполненный, например, по схеме несимметричного мультивибратора, на логических элементах; 2 -источник импульсного напряжения датчика, состоящий из усилителя тока и силового ключа; 3 - мостовая схема с включенным в рабочее плечо термокаталитическим преобразователем; 4 - детектор, например, амплитудный, 5 - блок индикации, построенный, например, на базе операционного усилителя и светодиодного индикатора и имеющий выход сигнала аварии (не показаны).
Устройство работает следующим образом.
С выхода генератора импульсов 1 импульсы напряжения заданной скважности поступают на вход источника импульсного напряжения 2.
В источнике импульсного напряжения 2 импульсы усиливаются, а мостовая схема 3 на время действия импульса оказывается практически подключенной к источнику питания постоянным напряжением +Еп (не показан).
Выходные напряжения с плеч мостовой схемы 3 детектором 4 преобразуются в постоянное напряжение и подаются на вход блока индикации 5.
В случае, если в воздухе не содержится горючих газов (или паров горючих веществ), мостовая схема 3 разбалансирована на величину, равную сигналу датчика (сенсора) при пороговой концентрации газа. При этом на выходе операционного усилителя формируется напряжение, близкое к нулю.
При повышении же концентрации газа, отличной от пороговой, т.е. до пороговой и выше пороговой, мостовая схема 3 за счет изменения сопротивления плеч датчика, взаимодействующего с газом, приходит в состояние равновесия и разбалансируется в обратной полярности относительно исходного состояния (при отсутствии газа). В этом случае операционный усилитель формирует на выходе напряжение, близкое к Uп, что фиксируется светодиодом блока индикации 5.
Заявляемый индикатор степени взрывоопасности газовоздушной смеси прошел с положительным результатом опытные испытания и в настоящее время готовится к серийному выпуску.