DE3025742A1 - Gasmonitor - Google Patents

Description

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N 5 - lol

Anm.: Coal Industry (Patents) Limited, Hobart House, Grosvenor Place, LONDON, SWlX 7AE, England

Gasmonitor

Die Erfindung betrifft einen Gasmonitor mit einer Meßzelle, die ein Ausgangssignal liefert, das den gesuchten Zustand der untersuchten Gasprobe anzeigt, mit einer Alarmvorrichtung, die aktiviert wird, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert erreicht ,und mit einer Einrichtung, die Änderungen des Ausgangssignals erfaßt und Änderungen des Aus gangs s ignals , die allein auf Änderungen des gesuchten Gas-Zustandes zurückgehen, von solchen Änderungen des Ausgangssignals unterscheidet, die nicht nur auf Änderungen des gesuchten Zustandes zurückgehen .

Insbesondere befaßt sich die Erfindung lit einem Gasmonitor zum Erfassen des Sauerstoffgehaltes in Luft.

Es ist bekannt, daß Sauerstoffmonitore eine Meßzelle aufweisen, die ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches dem Sauerstoffgehalt in der untersuchten Luftprobe entspricht. Dieses Ausgangssignal aktiviert eine Alarmeinrichtung, wenn ein vorbestimmter Wert erreicht wird. Nachteilig ist, daß das Ausgangssignal einer solchen Meßzelle durch eine plötzliche Druckänderung der untersuchten Luftprobe beeinflußt wird. Infolgedessen entspricht das Ausgangssignal während einer bestimmten

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Zeitspanne nach dem Auftreten der Druckänderung in der untersuchten Luftprobe nicht dem tatsächlichen Sauerstoff der untersuchten Luftprobe.

Diese Schwierigkeit wird von erheblicher Bedeutung bei Sauerstoffmonitoren, die im untertägigen Bergbau verwendet werden, wo eine den Sauerstoffmonitor tragende Person Wettertüren zwischen einer Zone verhältnismäßig hohen Drucks, z.B. im Bereich des zugeführten Wetterstroms, und einer Zone verhältnismäßig niedrigen Drucks, z.B. im Bereich des abgeführten Wetterstroms, passieren kann. Der dabei auftretende plötzliche Druckabfall der untersuchten Wetterluft verursacht ein Ausgangssignal an der Meßzelle, das einen falschen Sauerstoffgehalt in der Meßzelle anzeigt und deshalb die Alarmeinrichtung selbst dann betätigen kann, wenn der Sauerstoffgehalt sich noch im sicheren Bereich befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasmonitor der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der die eingangs aufgeführten Nachteile vermeidet und ein Ausgangssignal bzw. eine Anzeige •liefert, die nur dem gesuchten Gaszustand entspricht.

Diese Aufgabe wird mit einem Gasmonitor der eingangs be schriebenen Gattung gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Betätigung der Alarmeinrichtung ausschließlich dann, wenn das Ausgangssignal aufgrund des gesuchten Gasaustandes einen vorbestimmten Wert erreicht.

Vorzugsweise soll die Meßzelle ein Ausgangssignal liefern, das dem Sauerstoffgehalt der untersuchten Luftprobe entspricht.

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Vorzugsweise soll die Einrichtung so ausgelegt sein, daß sie Änderungen des erhaltenen Ausgangssignals, die im wesentlichen auf Änderungen des Sauerstoffgehaltes der untersuchten Luftprobe zurückgehen, von solchen Änderungen des Ausgangssignals unterscheidet, die auf Druckänderungen der untersuchten .Luftprobe zurückgehen, wobei die Einrichtung eine Aktivierung der Alarmeinrichtung nur dann zuläßt, wenn das erhaltene Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert aufgrund von Änderungen des Sauerstoffgehaltes der untersuchten Luftprobe erreicht.

Insbesondere kann die Einrichtung so ausgelegt sein, daß sie die Änderungsgeschwindigkeit des erhaltenen Ausgangssignals erfaßt. Die Änderungsgeschwindigkeit des erhaltenen Ausgangssignals kann zur Unterscheidung zwischen Änderungen einerseits des Sauerstoffgehaltes und andererseits von Druckänderungen verwendet werden.

Die Einrichtung kann aber auch so ausgelegt sein, daß sie eine Betätigung der Alarmeinrichtung verhindert, bis die Meßzelle den korrekten Sauerstoffgehalt anzeigt. Insbesondere kann der Alarm verhindert werden, bis eine vorbestimmte Zeitspanne nach Auftreten einer auf Druckänderung zurückgehenden Ausgangssignaländerung verstrichen sit.

Vorzugsweise soll der Gasmonitor eine Einrichtung zur Verarbeitung des Ausgangssignals aufweisen. Diese Einrichtung kann ein Anzeigegerät sein, das den Sauerstoffgehalt der untersuchten Gasprobe nach Maßgabe des erhaltenen Ausgangssignals anzeigt. Dabei kann der Sauerstoffgehalt nur dann angezeigt werden, wenn das Anzeigegerät betätigt wird. Dieses Anzeigegerät sollte unabhängig von der Einrichtung zum Erfassen der Ursachen der Änderungen des erhaltenen Ausgangssignals arbeiten.

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Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Teils eines Sauerstoff monitors ,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1, teilweise geschnitten,

Fig. 3 teilweise einen Querschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. H- eine graphische Darstellung mit zwei typischen, über der Zeit aufgetragenen Ausgangssignalen, wie sie einerseits bei Veränderung des Sauerstoffgehaltes und andererseits bei Veränderung, des Druckes der untersuchten Gasprobe erhalten werden,

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild des Sauerstoffmonitors nach Fig. 1,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1.

Der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Sauerstoffmonitor besitzt ein Gehäuse 1 mit Vorderwand 2 und Anzeigefenster 3, drei lichtemittierenden Dioden 4,5 und 6, die, wenn sie aufleuchten, einen Fehler, die Entladung einer Batterie bzw. eine Sperre anzeigen. An der Vorderwand 2 sind auch zwei Testknöpfe 8, Io angeordnet, die,wenn sie von Hand niedergedrückt werden, den Monitor so schalten, daß er den Sauerstoffgehalt erfaßt bzw. Fehler unterdrückt.

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3,

Das Anzeigefenster^xist mehrfarbig mit einem roten Gefahrenbereich, der einen zu geringen Sauerstoffgehalt (unter 17 %) in. der untersuchten Gasprobe anzeigt, einen mittleren gelben Bereich, der einen Sauerstoffgehalt in einem vorbestimmten Bereich,in typischer Weise im wesentlichen 17 - 19 Volumenprozent, der untersuchten Gasprobe anzeigt und einen grünen Sicherheitsbereich, der einen hohen Sauerstoffgehalt (19 - 23%) in der untersuchten Gasprobe anzeigt. Der angezeigte Sauerstoffgehalt kann numerisch angezeigt werden oder auch nicht. Es versteht sich, daß alle hier angegebenen numerischen Werte, wie z.B. für den Sauerstoffgehalt oder für Zeitspannen, lediglich Beispiele darstellen, die für verschiedene Anwendungen und Zwecke variiert werden können.

Im Gehäuse 1 ist außerdem eine Meßzelle 15 mit einem Ansaugstutzen 16 untergebracht, der eine feine Bohrung besitzt, durch die die zu untersuchende Luft zum Meßelement der Meßzelle eingesaugt wird. Die Meßzelle 15 wird mit einem nachgiebigen Polster 17 gegen den Ansaugstutzen gedrückt und in enger Berührung damit gehalten. Ein Clip 18 hält die Meßzelle 15 in ihrer Position. Die Meßzelle 15 liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das dem Sauerstoffgehalt der untersuchten Luftprobe entspricht. Das Gehäuse 1 enthält außerdem eine Batterie 2o, die über Anschlüsse 21 aufladbar ist, sowie Schaltungskarten 22,23 und einen als Alarmeinrichtung dienenden Summer 24, der aktiviert wird, wenn der angezeigte Sauerstoffgehalt einen vorbestimmten Wert erreicht, z.B. wenn der angezeigte Sauerstoffgehalt 17 Vol.-% oder weniger erreicht.

Fig. 4 zeigt typische Kurven A und B, die Änderungen des erhaltenen Ausgangssignals der Meßzelle 15 wiedergeben, wenn diese Änderungen einerseits auf Änderungen.des Sauerstoffgehaltes und andererseits auf Druckänderungeh der untersuchten Gasprobe zurückgehen. Die Kurve A läßt erkennen, daß das Ausgangssignal

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beim Abfall des Sauerstoffgehaltes von einem zu einem anderen Wert ebenfalls langsam abfällt, bis es den tatsächlichen neuen Sauerstoffgehalt erreicht. Das Ausgangssignal ändert sich allmählich und verhältnismäßig gleichmäßig. Der Punkt 0 in Fig. 4 zeigt den Moment an, in dem sich der Sauerstoffgehalt ändert und in diesem Punkt 0 entspricht der Wert des Ausgangssignals dem ursprünglichen Sauerstoffgehalt.

Die Kurve B zeigt die Änderung des erhaltenen Ausgangssignals bei einem plötzlichen Druckabfall der untersuchten Gasprobe an. Man erkennt aus Fig. ¹J-, daß das Ausgangs signal nach einem plötzlichen Druckabfall relativ schnell abnimmt, bis es das untere Ende des wellenförmigen Kurvenzugs erreicht hat und dann wieder allmählich auf den ursprünglichen Wert ansteigt.

In Fig. i+ ist mit einer gestrichelten Linie auch eine vorbestimmte Alarmgrenze eingetragen, d.h. derjenige Wert des Ausgangssignals, bei dem der als Alarmeinrichtung dienende Summer aktiviert wird, um einen Sauerstoffmangel in der untersuchten Luftprobe anzuzeigen.

Wie man Fig. 4 entnimmt, kann das Ausgangssignal die vorbestimmte Alarmschwelle erreichen, wenn der Druck der untersuchten Luftprobe sich ändert oder wenn der Sauerstoffgehalt der untersuchten Luftprobe fällt.

Außerdem sind in Fig. 4 mit gestrichelten Linien noch zwei Schaltschwellen bei 19 und 18 Vol.-% eingetragen, die eine verhältnismäßig hohe Schaltschwelle und eine verhältnismäßig niedrige Schaltschwelle bilden. Wie weiter unten im Zusammenhang der Beschreibung der elektrischen Schaltung erläutert, kann die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignal aufgrund

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der Änderung des Sauerstoffgehaltes, oder aufgrund der Druckänderung zwischen den beiden Schaltschwellen dazu benutzt werden, um zwischen Druckänderungen und Säuerstoffgehaltänderungen zu unterscheiden.

Aus Fig. 5 entnimmt man, daß die Batterie 2o sechs wiederaufladbare Zellen besitzt. Dioden Dl, D2 und D3 schützen die Batteriezellen vor falscher Polarität beim Aufladen. Ferner ist ein Ein- Aus-Schalter SWl und ein strombegrenzender Widerstand Rl vorgesehen. Die positive Versorgungsleitung ist mit +V und die negative Versorgungsleitung -V bezeichnet. Dioden D4 und D5 bilden einen Shunt für die Batterie 2o und verhindern eine Beschädigung der Schaltung, wenn die Batteriezellen mit umgekehrter Polarität angeschlossen werden.

Ein Generator loo zur Erzeugung einer konstanten Spannung weist eine Zener-Diode ZDl, einen Verstärker 4o , einen NPN-Transistor TRl und einen PNP-Transistor TR2 auf. Die Zener-Diode ZDl liefert eine Bezugsspannung zur positiven Versorgungsleitung und der Verstärker 4o vergleicht die Bezugsspannung mit dem Ausgang des Generators loo. Die Transistoren steuern die Spannung am Generatorausgang in Abhängigkeit vom Verstärkerausgang auf drei Volt unterhalb der Spannung in der positiven Versorgungsleitung. Der konstante Spannungsausgang sollte zweckmäßig 0 Volt betragen. Dem Verstärker 4o sind Widerstände R2, R3 und R4 zugeordnet, während die mit einem Kondensator Cl parallel geschaltete Zener-Diode ZDl ihren Strom über einen Widerstand R5 zieht. Ein Kondensator C2 ist parallel zu den in Reihe geschalteten Widerständen R3 und Ri+ zwischen der positiven Versorgungsleitung +V und der 0 Volt-Leitung geschaltet.

Die Meßzelle 15 ist an den derart geregelten Ausgang des Generators loo angeschlossen und bildet eine Stromquelle. Die Meßzelle

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weist einen zugeordneten Widerstand R6 auf und liefert dementsprechend einen veränderlichen Strom zum invertierenden Eingang eines Spannung in Strom umsetzenden Operationsverstärker 41. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 41 liegt am Konstant^spannungs-Ausgang des Generators loo. Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 ist zu seinem invertierenden Eingang über einen Widerstand R7 rückgekoppelt und beide Eingänge des Operationsverstärkers haben Schutzwiderstände R8 bzw. R9.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 ist über einen Widerstand Rio an den invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 42 angeschlossen. Sein nicht invertierender Eingang liegt über einen Widerstand RIl an der 0 Volt-Leitung des Generators loo an. Der Operationsverstärker 42 ist ähnlich wie der Operationsverstärker 41 aufgebaut und geschaltet und besitzt eine Rückkopplung mit einem Widerstand Rl2. Der Ausgang des Operationsverstärkers 42 führt zu einer Treiberstufe 43 (mit einem nicht dargestellten Widerstandnetzwerk) für eine Anzeige 44 aus zehn lichtemittierenden Dioden(LED). Das veränderliche Spannungssignal vom Operationsverstärker 42 erreicht die Treib.erstufe 43 am Anschluß 5, und zwar über einen veränderlichen Widerstand VRl, der zur Einstellung des oberen Signalwertes (Sauerstoffgehalt) dient, der von der Anzeige 44 angezeigt werden soll. Der veränderliche Widerstand VRl ist mit der 0 Volt-Leitung verbunden. Der Anschluß 5 der Treiberstufe ist über einen Kondensator C3 ebenfalls an die 0 Volt-Leitung angeschlossen.

Ein weiterer veränderliche Widerstand VR2 ist über einen Widerstand R16 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 angeschlossen. Zwischen dem veränderlichen Widerstand VR2 und der positiven Versorgungsleitung liegt ein

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Widerstand R15. Der veränderliche Widerstand VR2 dient zum Einstellen des unteren Wertes der Anzeige 44, wie das weiter unten beschrieben wird.

Die Treiberstufe 43 beaufschlagt die Anzeige 44 normalerweise nicht, sondern nur dann, wenn die Spannung an der Basis eines mit dem Anschluß 3 verbundenen Transistors TR3 fällt. Das geschieht z.B., wenn ein Testschalter SW2 für die Anzeige betätigt wird. Beim Schließen des Testschalters SW2 werden die positive und die negative Versorgungsleitung über Widerstände Rl7 und R14 miteinanderverbunden und die Basisspannung wird zwischen diesen beiden Widerständen abgenommen. Die Basis des Transistors TR3 ist außerdem an den Ausgang eines Inverters G2 angeschlossen und dadurch kann auch die Basisspannung verändert werden. Zwischengeschaltet sind ein Widerstand R18 und eine Schutzdiode D12. Der Anschluß 5 der Treiberstufe 43 liegt über einen Widerstand R19 an einem Komparator Gl. Der Komparator Gl erhält seinen Bezugswert über einen Widerstand R2o von einem veränderlichen Widerstand VR 3, der über einen Widerstand R21 an die positive Versorgungsleitung angeschlossen ist. Der Wert dieser Bezugsspannung wird so eingestellt, daß er einen Sauerstoffgehalt (z.B. 17 %) entspricht, bei dem der Monitor Alarm geben soll. Dementsprechend liegt der Signalpegel am Anschluß 5 der Treiberstufe 43 normalerweise oberhalb des Bezugswertes vom veränderliehen Widerstand VR 3, wenn der Signalwert jedoch darunter fällt, schaltet der Ausgang des Komparators Gl vom niedrigen zum höheren Wert. Dadurch wird der Inverter G2 veranlaßt vom höheren auf den niedrigeren Ausgang zu schalten und die Basis des Transistors TR3 so zu beauf·^ schlagen, daß die Anzeige 44 aktiviert wird. Der Ausgang des Inverters G2 liegt außerdem über ein ODER-Gatter G3 an einer Alarmstufe an, wie das im folgenden beschrieben wird.

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Ein Abgriff vom Anschluß 5 der Treiberstufe 43 bzw. vom veränderlichen/VRl führt über Widerstände R2 2 bzw. R2 3 zu einem invertierenden bzw. einem nicht invertierenden Eingang von Komparatoren G 4· bzw. G5. Diese Komparatoren G4, G5 erhalten Bezugsspannungen über Widerstände R2¹+ bzw. R25 von einander parallel geschalteten veränderlichen Widerständen VR4 bzw. VR5, die beide in Reihe mit einem Widerstand R26 zwischen der positiven Versorgungsleitung und der 0 Volt-Versorgungsleitung liegen. Die Bezugsspannung für den Komparator Gk entspricht einem relativ höheren Sauerstoffgehalt von z.B. 19 %, während die Bezugsspannung für den Komparator G5 einem relativ niedrigeren Sauerstoffgehalt von z.B. 18 % entspricht. Der normale Sauerstoffgehalt beträgt 21 %. Der Ausgang des Gatters bzw. Komparators GU ist über einen Inverter G5, G6 an einen monostabilen integrierten Schaltkreis ICl angeschlossen, Bei Betrieb des Inverters G6 liefert der monostabile Schaltkreis ICl einen positiven Impuls, dessen Dauer von der Einstellung eines veränderlichen Widerstandes VR 6 abhängt, wie das weiter unten beschrieben ist. Der Impuls gelangt ebenso zu einem UND-Gatter G7 wie der Ausgang vom Komparator G5, wobei dieser Ausgang über einen Inverter G8 geführt wird. Das UND-Gatter G7 ist mit dem Anschluß 11 eines Schalters IC2 verbunden, der über den Ausgang des Gatters G6 über eine Diode D6 zurückgestellt werden kann. Der Schalter IC2 hat einen Ausgang 13, an dem ein hoher Pegel anliegt und dieser Ausgang ist zusammen mit dem Ausgang der Alarmstufe an das ODER-Gatter G3 angeschlossen. Der Ausgang 13 ist außerdem an die Basis eines NPN-Transistors TR7 angeschlossen, wie das weiter unten beschrieben wird. Der Ausgang des Gatters G3 liegt an einem weiteren ODER-Gatter G9,und zwar zusammen mit einem Rechteckwellensignal.

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Dieses Rechteckwellensignal wird von einem astabilen Multivibrator IC3 erzeugt, dessen Periode durch die Werte eines Widerstandes R27 und eines Kondensators CS bestimmt ist. Der astabileMultivibrator IC3 kann am Anschluß 9 über Dioden D7 und D8 gesperrt werden, wie das unten beschrieben wird. Der Ausgang des Gatters G9 liegt über einen Inverter GIo an einem weiteren ODER-Gatter GIl. Der Ausgang des Gatters GIl führt über einen Widerstand R28 zu einem Transistor TR4, der eine Alarmeinrichtung ALI steuert, zu der eine Diode D9 im Nebenschluß geschaltet ist. Der andere Eingang des ODER-Gatters GIl wird von einem Schalter IC¹+ beaufschlagt. Dieser Schalter IC¹+ wird mit einem ODER-Gatter G12 gesetzt, dessen einer Eingang von einem Schaltkreis zur Erfassung des Ladezustandes der Batterie und dessen anderer Eingang von einer Schaltung zur Fehlererkennung beaufschlagt wird.

Die Schaltung zur Erfassung (niedrigen) Ladezustandes der Batterie weist einen Komparator G13 auf, der über einen Widerstand R29 die Spannung der 0 Volt-Versorgungsleitung erfaßt. Die Schaltung vergleicht diesen Wert mit der Batteriespannung, die über einen Widerstand R3o und einen veränderlichen Widerstand VR 31 zwischen der positiven:.und der negativen Versorgungsleitung erhalten wird. Ein Widerstand R32 sorgt für die Hysterese des Komparators. Der Spannungswert zwischen den Versorgungsleitungen ist so gewählt, daß der Komparator G13 bei_ der kleinsten noch akzeptablen Batteriespannung auf einen niedrigeren Ausgang schaltet. Der Ausgang des Komparators Gl3 ist über einen Inverter GlU mit dem ODER-Gatter Gl2 verbunden. Wenn der Inverter G14 in Abhängigkeit von der Änderung des Ausgangs am Komparator Gl3 auf einen höheren Wert schaltet, wird der astabile Multivibrator IC3 über die Diode D7 und den Anschluß 9 gesperrt. Dabei wird über einen Widerstand R34 auf die Basisspannung eines mit einer lichtemittierenden Diode LEDl und mit einem Widerstand R3 3 in

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Reihe geschalteten Transistors TR5 verändert, so daß der Transistor TR5 und die lichtemittierende Diode LEDl leiten.

Die Schaltung zur Fehlerkennung weist einen Komparator G15 auf, der den Ausgang des Operationsverstärkers 42 mit einer Bezugsspannung vergleicht, die zwischen einer Diode DIo und einem Widerstand R35 abgegriffen wird, welche beide zwischen der 0 Volt-Versorgungsleitung und der negativen Versorgungsleitung in Reihe geschaltet sind. Der Ausgang des !Comparators G15 liegt über einen Inverter G16 am ODER-Gatter G12. Ein Transistor TR6, Widerstände R3 6, R3 7 und eine lichtemittierende Diode LED2 ■sind in die Schaltung zur Fehlererkennung in ähnlicher Weise geschaltet, wie der Transistor TR 5, die Widerstände R33, R34 und die lichtemittierende Diode LEDl in die Schaltung zum Erfassen des Batterieladezustandes. Der Komparator G15 stellt fest, ob die Meßzelle 15 und die angeschlossenen Schaltkreise mit den Operationsverstärkern 41, 42 offen oder kurzgeschlossen sind.

Ein Fehler oder ein niedriger Ladezustand der Batterie verursacht ein hörbares dauerndes Warnsignal, welches unter gleichzeitiger Bestätigung des Fehlers abgestellt wird. Die Bestätigung wird durch Schließen eines Schalters SW3 erzielt, der in Reihe mit einem Widerstand R38 zwischen der positiven und der negativen Versorgungsleitung angeordnet ist. Beim Schließen des Schalters wird auch der Schalter IC4 über den Anschluß 4 zurückgestellt. Dioden Dl2 bzw. Dl3 leiten die Rückstellimpulse zu den Schaltern IC2 bzw. IC4.

Der Transistor TR 7 steuert die lichtemittierende Diode LED3 in ähnlicher Weise wie der Transistor TR5 die Diode LEDl oder der Transistor TR6 die Diode LED2. Die Diode LED3 ist in Reihe mit einem Widerstand R61 geschaltet und wird immer dann aktiviert, wenn am Anschluß 13 des Schalters IC2 ein hoher Pegel über den

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Widerstand 6o an der Basis des Transistors TR 7 auftritt.

Ein Rückstellsignal für die Schalter IC2 und IC4 wird mit einem Rückstellkreis erzeugt, der einen Kondensator C7 und einen Widerstand R39 mit einer dazu parallelen Diode DIl aufweist. Wenn der Monitor angeschaltet wird, erzeugt der Rückstellkreis einen Impuls von einer Sekunde Dauer, der den Schalter IC2 am Anschluß Io und den Schalter IC+ am Anschluß 4 über die Dioden D12 bzw. D13 zurückstellt. Dadurch wird sichergestellt, daß die CMOS-Schalter, die in jedem Zustand zu arbeiten beginnen, korrekt eingestellt werden, wenn der Strom eingeschaltet wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise des Monitors beschrieben. Die lieh temittierenden Dioden der Anzeige 44 sollen einen Sauerstoffgehalt von maximal 23 % (, der auch angezeigt wird, wenn ein größerer Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre vorhanden ist,) und minimal 14% anzeigen, während ein Alarm bei 17% Sauerstoffgehalt ausgelöst werden soll.

Die Treiberstufe 43 der Anzeige 44 reagiert auf ein Signal im Bereich zwischen 75 und 525 Millivolt (in Abhängigkeit von dem nicht dargestellten Widerstandsnetzwerk) und dieser Bereich entspricht dem angezeigten Sauerstoffgehalt zwischen 14 und 23%. Der untere Signalwert wird dadurch eingestellt, daß die Meßzelle mit einer Atmosphäre von z.B. 12,5% Sauerstoffgehalt beaufschlagt wird und daß anschließend der veränderliche Widerstand VR2 so eingestellt wird, daß keine der lichtemittierenden Dioden aufleuchtet. Die erste Diode leuchtet dann bei 14 % Sauerstoffgehalt, d.h. 75 Millivolt auf. Der obere Anzeigewert wird einfach dadurch eingestellt, daß die Meßzelle mit einer Atmosphäre von 23 % Sauerstoffgehalt.beaufschlagt wird und daß der veränderliche Widerstand VRl so verstellt wird, bis die entsprechende Diode aufleuchtet.

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Der Betrieb der Anzeige kann durch Betätigen des Schalters SW2 getestet werden, aber die Anzeige leuchtet normalerweise nicht auf, sondern nur von Fall zu Fall, wenn der Komparator Gl schaltet. Bei sicheren Sauerstoffgehalten ist der Monitor deshalb ruhig und die Anzeige leuchtet nicht.

Angenommen, der Sauerstoffgehalt fällt unter 17 %, der vorbestimmten Alarmschwelle. Dann schaltet der Komparator Gl vom niedrigen auf den hohen Ausgangspegel, weil das vom veränderlichen Widerstand VR2 abgegriffene Signal unter die Referenzspannung des. veränderlichen Widerstandes VR3 fällt. Infolgedessen fällt der Ausgang am Inverter G2 vom hohen auf den niedrigen Pegel und schaltet dabei den Ausgang des ODER-Gatters G3 ebenfalls vom hohen auf den niedrigen Pegel (sofern nicht ein weiterer hoher Pegel vom Schalter IC2 am Gatter anliegt und sperrt, wie das weiter unten erläutert wird ">. Dadurch gelangt das Rechteckwellensignal des astabilen Multivibrators IC3 durch das ODER-Gatter G9. Das Rechteckwellensignal passiert dann den Inverter GIo und das ODER-Gatter GIl und erzeugt über den Transistor TRi+ einen intermittierenden Treiberimpuls für die Alarmstufe ALI (sofern nicht ein weiterer hoher Pegel vom Schalter ICM- am Gatter anliegt und sperrt, wodurch der astabile Multivibrator IC3 ebenfalls über die Dioden-D7 oder D8 gesperrt werden würde, wie das weiter unten beschrieben ist).

Wie oben beschrieben, kann jedoch der Signalwert auch allen, wenn die Meßzelle 15 einem Druckabfall ausgesetzt wird. In diesem Fall würde der Signalwert schneller fallen, als bei Abnahme des Sauerstoffgehaltes und außerdem würde bei hin-, reichendem Sauerstoffgehalt im Bereich der Druckabsenkung der Signalpegel wieder ansteigen, wie das in der Kurve B der Fig.U dargestellt ist. Um deshalb einen falschen Alarm aufgrund einer

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Druckabsenkung anstelle von Sauerstoffmangel zu vermeiden, muß der Alarm durch eine geeignete Einrichtung unterbunden werden, die entscheiden kann, mit welcher Geschwindigkeit der Signalwert abnimmt. Hier setzt die Bedeutung der Periode des monostabilen Schaltkreises ICl ein.

Angenommen, der vom Widerstand VRl abgegriffene Signalwert fällt unter einen Pegel, der 19% Sauerstoffgehalt entspricht, dann stellt der Komparator G4· fest, daß der Signalwert des Sauerstoffgehaltes unter die vom veränderlichen Widerstand VR4 abgegriffene Bezugspannung gefallen ist. Infolgedessen schaltet der Ausgang des !Comparators G¹+ vom niedrigen auf den hohen Pegel und veranlaßt, daß der Ausgang des Inverters G5 vom hohen auf den niedrigen Signalwert schaltet, um den monostabilen Schaltkreis ICl über den Anschluß 6 zu triggern. Der monostabile Schaltkreis ICl gibt dann einen positiven Impuls am Anschluß Io ab, der zusammen mit einem Signal vom Inverter G8 am UND-Gatter G7 anliegt, welches nur dann einen Sperrimpuls an den Schalter IC2 abgibt, wenn dort ein hoher Pegel vom Invertor G8 anliegt. Ein hoher Pegel am Invertor G8 kann nur dann auftreten, wenn der Ausgang des Komparators G5 vom hohen auf den niedrigen Pegel geschaltet worden ist. Das erfolgt, wenn die vom veränderlichen Widerstand VRl abgegriffene Spannung unter die vom veränderlichen Widerstand VR5 abgegriffene Spannung fällt, d.h. wenn der Sauerstoffgehalt unter 18 % fällt. Dementsprechend wird nur geschaltet, wenn die Zeit für die Abnahme des Signals von einem dem Sauerstoffgehalt von 19 % entsprechenden Wert auf einem dem Sauerstoffgehalt von 18 % entsprechenden Wert kleiner ist als die Periode des monostabilen Schaltkreises ICl. Die Periode des monostabilen Schaltkreises ICl wird so gewählt,daß der Schalter nur dann betätigt wird, wenn der Abfall des Signals auf Druckabfall zurückgeht, denn dieser Abfall ist schneller als bei Änderung des Sauerstoffgehaltes.

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Wenn der Schalter aktiviert ist,springt der Pegel an seinem Anschluß 13 vom niedrigen auf den hohen Wert, wodurch der Ausgang des ODER-Gatters G3 selbst dann einen hohen Pegel behält, wenn der Komparator G2 an den anderen Gattereingang einen niedrigen Pegel liefert. Infolgedessen wird der Alarm verhindert, weil der hohe Ausgang des ODER-Gatters G3 den Ausgang des ODER-Gatters G9 im hohen Pegelbereich hält und die Rechteckwelle vom astabilen Multivibrator IC3 am Durchgang hindert.

Der Schalter IC2 wird nicht zurückgestellt (ausgenommen beim Einschalten des Monitors), bis an seinem Anschluß Io ein hoher Pegel erscheint. Dieser hoher Pegel wird geliefert vom Inverter G6, wenn der Ausgang des Komparators G4 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel schaltet, sofern der Sauerstoffgehalt wieder Werte über 19% erreicht und das vom veränderliche Widerstand abgegriffene Signal die Bezugsspannung des veränderlichen Widerstandes VR4 erreicht. Dementsprechend wird ein Alarm nicht länger verhindert, nachdem der der Kurve B in Fig. U folgende Signalwert nach einem Druckabfall wieder zu dem Normalwert zurückkehrt. Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der dargestellte und beschriebene Schaltkreis in der Lage ist, zwischen Signalen zu unterscheiden, die einerseits auf einem Druckabfall und andererseits auf einem tatsächlichen Abfall des Sauerstoffgehaltes beruhen. Die lichtemittierende Diode LED3 wird aktiviert, wenn am Anschluß 13 des Schalters IC2 ein hoher Pegel auftritt, so daß eine Bedienungsperson den Sperrzustand des Gerätes erkennen kann.

Die Bedienungsperson erhält auch Informationen, wenn der Batterieladezustandes des Monitors zu gering wird oder wenn ein Fehler (durch offene oder kurzgeschlossene Kreise) im Bereich der Meßzelle 15 oder ihrer angeschlossenen Schaltkreise mit den Operationsverstärkern >1, 12 auftritt.

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Im folgenden wird die Betriebsweise bei Auftreten von Fehlern erläutert. Beim Auftreten eines Fehlers schaltet der Komparator G15 seinen Ausgang vom hohen zu einem niedrigen Pegel, weil der Ausgang des Operationsverstärkers 4-2 über den Bezugswert der von der Diode DIo gegebenen Spannung ansteigt und dadurch den Inverter Gl6 vom niedrigen auf den hohen Pegel schaltet, so daß die Diode LED2 über den Transistor TR6 aktiviert wird. Der hohe Pegel vom Inverter G16 führt zu einem hohen Ausgangspegel am ODER-Gatter Gl2 und aktiviert dadurch den Schalter ICM-am Anschluß 3. Der hohe Pegel vom Inverter Gl6 sperrt aber auch über die Diode D8 und den Anschluß 9 den astabilen Multivibrator IC 3.

Der gesperrte Schalter ICM- liefert am Anschluß 1 einen hohen Ausgangspegel, der über das ODER-Gatter GIl und den Transistor TRM- die Alarmstufe ALI dauernd erregt. Damit eine Bedienungsperson den Fehler bestätigen und den Alarm abschalten kann, ist der Schalter SW3 vorgesehen. Bei Betätigung des Schalters SW3 wird der Schalter ICM· über den Anschluß M- zurückgestellt und der Alarm unterbrochen. Die lichtemittierende Diode LED2 bleibt jedoch aktiviert, bis der Fehler behoben ist, und zwar auch dann, wenn der Schalter SW3 geschlossen wurde.

Der Schaltkreis zur Erkennung des Batterieladezustandes beaufschlagt die Alarmstufe in ähnlicher Weise, wobei die lichtemittierende Diode LEDl ein sichtbares Warnsignal abgibt und der Komparator G13 (entsprechend dem Komparator G15) von einem niedrigen auf einen hohen Ausgangspegel geschaltet wird, wenn die Spannung der Stromversorgung' von der Batterie unter einen vorbestimmten niedrigen Wert fällt, d.h. wenn die vom Widerstand R31 abgegriffene Spannung geringer ist, als die drei V Regelspannung des Generators loo.

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Wie oben erwähnt, wird vom Kondensator C7, dem Widerstand R39 und der Diode DIl ein zweiter Impuls erzeugt, wenn der Monitor eingeschaltet wird, um die Schalter korrekt zu setzen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 eine andere Betriebsweise des Schalter IC2 zum Unterbinden eines Alarms bei Druckabfall beschrieben. Die in Fig.6 verwendeten Bezugszeichen sind die gleichen wie in Fig. 5 verwendeten.

Man erkennt, daß bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Anschlüsse der invertierenden und nicht invertierenden Eingänge der Komparatoren G4 und G5 vertauscht sind. Dementsprechend sind auch die logischen Ausgänge der Inverter G6 und G8 beim Betrieb vertauscht. Der Ausgang des Inverters G6 liegt am monostabilen Schaltkreis ICl an, dessen einer Ausgang zu

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einem NAND-Gatter G18,/und zwar über ein NAND-Gatter Gl9, das als Inverter geschaltet ist. Die Periode des monostabilen Schaltkreise ICl wird durch einen Widerstand R4o und einen Kondensator CIo bestimmt. Eine Diode D13 ist parallel zum Widerstand R4o geschaltet.

Der Ausgang des Inverters G8 führt zu dem NAND-Gatter G18, dessen Ausgang an ein NAND-Gatter G2o angeschlossen ist, welches als Inverter geschaltet ist und seinerseits mit dem Anschluß 2 eines Zeitschalters IC5 verbunden ist. Die Periode des Taktgebers der Schaltuhr IC5 wird durch einen Widerstand R^2 und einen Kondensator CIl gesteuert. Der monostabile Schaltkreis ICl und die Schaltuhr IC5 werden über die positive und die negative Versorgungsleitung mit elektrischer Energie versorgt.

Während des Betriebe-s soll die Schaltung nach Fig. 6 für eine begrenzte Zeit die Betätigung der Alarmstufe ALI unterdrücken, wenn ein Druckabfall aufgetreten ist'. Die Alarmunterdrückung soll jedoch nach einer bestimmten Zeitspanne aufhören, unabhängig

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davon, welchen Wert das dem Sauerstoffgehalt entsprechende Signal hat.

Wenn während des Betriebes das dem Sauerstoffgehalt entsprechende Signal unter einen Wert fällt, der 19% Sauerstoffgehalt entspricht, dann schaltet da? Ausgang des Inverters G6 vom niedrigen auf den hohen Pegel. Wenn das Ausgangssignal weiterfällt und einen Signalwert,der'18% Sauerstoffgehalt entspricht,unterschreitet, dann schaltet der Ausgang des Inverters G8 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel. Beim Schalten des Inverters G6 entsteht ein positiver Impuls am monostabilen Schaltkreis ICl,der im NAND-Gatter G19 invertiert wird und dann an das NAND-Gatter Gl8 gelangt. Ist dieser Impuls noch vorhanden, wenn der Inverter G8 auf den niedrigen Pegel schaltet, dann erscheint ein Impuls mit hohem Pegel am Ausgang des NAND-Gatters Gl8, bis der monostabile Schaltkreis ICl schaltet. Dementsprechend bestimmt die Änderungsgeschwindigkeit des Signals, ob ein Impuls am Ausgang des NAND-Gatters G18 erscheint oder nicht, so daß Druckänderungen von tatsächlichen Änderungen des Sauerstoffgehaltes· unterschieden werden können. Der positive Impuls am Ausgang des NAND-Gatters Gl8 wird in NAND-Gatter G2o invertiert und gelangt an die Schaltuhr IC5.

Wenn die Schaltuhr IC5 einen solchen Impuls empfängt, gibt sie am Anschluß 3 ein Sperrsignal für die Alarmstufe ab. Das Sperrsignal dauert eine vorbestimmte Zeit (z.B. ungefähr Io Sekunden), nach der Alarm gegeben wird, sofern der Signalpegel nicht oberhalb der Alarmschwelle liegt. Dementsprechend hat dieser Schaltkreis den Vorteil, daß er keinen Schalter braucht, der durch den Komparator G4 zurückgestellt werden muß, so daß auch für den unwahrscheinlichen Fall, daß auf einen Druckabfall unmittelbar ein Abfall des Sauerstoffgehaltes folgt, der Alarm nicht unterdrückt wird.

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Der Ausgang des Inverters G8 ist nit der Schaltuhr IC 5 verbunden, um diese zurückzustellen, so daß beim Anstieg des Signals auf Werte, die mehr als 18% Sauerstoffgehalt entsprechen, die Unterdrückung des Alarms sofort gestoppt·, wird, und zwar unabhängig davon, welche Zeitspanne inzwischen verstrichen ist.

Aus der obigen Beschreibung entnimmt man, daß ein verbesserter Gaemonitor vorgeschlagen wird.

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Claims (11)

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   Anm. : Coal Industry (Patents) Limited, Hobart House, Grosvenor Place, LONDON, SWlX 7AE, England

   Patentansprüche:

   Gasmonitor mit einer Meßzelle, die ein Ausgangssignal liefert, das den gesuchten Zustand der untersuchten Gasprobe anzeigt, mit einer Alarmeinrichtung, die aktiviert wird, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert erreicht, und mit einer Einrichtung, die Änderungen des Ausgangssignals erfaßt und Änderungen des Ausgangssignals, die allein auf Änderungen des gesuchten Gas-Zustandes zurückgehen, von solchen Änderungen des Ausgangssignals unterscheidet, die nicht nur auf Änderungen des gesuchten Zustandes zurückgehen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (ICl) zur Betätigung der Alarmeinrichtung (ALI) ausschließlich dann, wenn das Ausgangssignal aufgrund des gesuchten Gaszustandes einen vorbestimmten Wert erreicht.
2. 2. Gasmonitor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Meßzelle (15) ein Ausgangssignal liefert, welches dem Sauerstoffgehalt einer untersuchten Luftprobe entspricht.
3. 3. Gasmonitor nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (ICl) Änderungen im erhaltenen Ausgangssignal, die im wesentlichen den

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   Änderungen des Sauerstofffgehaltes der untersuchten Luft entsprechen, von solchen Änderungen des Ausgangssignals unterscheidet, die Druckänderungen der untersuchten Luft entsprechen, wobei die Einrichtung (ICl) die Alarmstufe (ALI) nur dann aktiviert, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert aufgrund der Änderung des Sauerstoffgehaltes in der untersuchten Luft erreicht.
4. 4. Gasmonitor nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (ICl) die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals erfaßt.
5. 5. Gasmonitor nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (ICl) die Anderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignal erfaßt, um die Änderungen des Sauerstoffgehaltes von Druckänderungen zu unterscheiden.
6. 6. Gasmonitor nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (ICl) einen Alarm solange unterdrückt, bis die Meßzelle (15) ein korrektes Signal für den Sauerstoffgehalt liefert.
7. 7. Gasmonitor nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (ICl) den Alarm so lange unterdrückt, bis eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Beginn der Änderung des Ausgangssignals aufgrund einer Druckänderung vergangen ist.
8. 8. Gasmonitor nach einem der Ansprüche 1-7,gekennzeichnet durch eine Anzeige (M-M-) für das Ausgangssignal. .

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9. 9. Gasmonitor nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (4-4·) zur Wiedergabe des Sauerstoffgehaltes der untersuchten Luft nach Maßgabe des Ausgangssignals ausgelegt ist.
10. 10. Gasmonitor nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (44) zur Wiedergabe des Sauerstoffgehaltes nur bei normaler Betriebsweise ausgelegt ist.
11. 11. Gasmonitor nach einem der Ansprüche 8- Io, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzeige (44) unabhängig von der Einrichtung (ICl) zum Erfassen der Ursachen der Änderungen des Ausgangssignals arbeitet.

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