DE3025985A1

DE3025985A1 - Ueberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3025985A1
Application number: DE19803025985
Authority: DE
Inventors: Karl 7060 Schorndorf Dungs; Hartmut 7067 Plüderhausen Teut
Original assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Current assignee: Teut Hartmut 1000 Berlin De
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1982-01-28
Also published as: DE3025985C2

Description

Ifberwachungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Luft auf Gasanteile, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und deren Derivate, Ammoniak, Schwefeldioxid und dgl., mit einem Gasdetektor, der einen Metalloxidhalbleiter als Sensor umfaßt, der durch einen Heizwiderstand auf einer konstanten erhöhten Temperatur gehalten ist, wobei der elektrische Widerstand des Sensors von dem Gasgehalt der Luft abhängt, und mit einer an dem Sensor angeschlossenen Meßachaltung und einer Anzeige.
Derartige Gasdetektoren werden beispielsweise in Bergwerken eingesetzt, um die Anteile der Gaskomponenten Methan und Kohlenmonoxid zu erfassen. Dabei wird die Temperatur des Sensors periodisch verändert, um die Konzentration beider Gasanteile getrennt erfassen zu können (DE-OS 23 13 413).
In vielen Fällen ist eine derartige Trennung Jedoch nicht erforderlich, weil entweder nur eine Gaskomponente überwiegend auftritt oder nur eine der Gaskomponenten interessiert. Vielfach sollen Jedoch eine ganze Reihe von Meßstellen überwacht werden und es soll das erhaltene Meßsignal zuverlässig zu einer zentralen Bberwachungsanlage übermittelt werden, die zugleich im Bedarfsfall einen Alarm auslöst oder bei Überschreiten vorgegebener Gaskonzentrationen entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet, was bei Überwachungsanlagen von besonderer Bedeutung ist.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß an die Meßschaltung ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Komparator verbunden ist, von dem eine Anzeige- oder Alarmanlage gesteuert ist.
Durch die Umwandlung des von der Meßschaltung erhaltenen Spannungswertes, der ein Maß ist für die Gaskqnzentration in der Luft, in eine Frequenz, also eine Impulsreihe, wird eine hohe Übertragungszuverlässigkeit erzielt, weil die Ubertragung ohne Genauigkeitsverlust erfolgt. Dabei kann auch gleichzeitig die Funktion der Anlage stetig überprüft werden, weil nämlich auch die Konzentration 0 als vorgegebene, von 0 abweichende Frequenz dargestellt werden kann. Von Vorteil ist die Störunempfindlichkeit der Übertragung des Meßsignals, das sich außerdem leicht wieder regenerieren läßt, wenn es durch die Übertragung verschliffen sein sollte. Von Vorteil ist schließlich, daß das Meßsignal auswertegerecht zur Weiterverarbeitung in rechnergesteuerten Anlagen zur Verfügung steht. Eine kontinuierliche Echtzeit-Auswertung ist möglich. Dabei kann der Komparator als Digital-Komparator ausgebildet sein, der einen vorgeschalteten Frequenzzähler umfaßt und dann anspricht, wenn der Ausgang des Frequenzzählers eine bestimmte Anzeige übersteigt. Der Komparator kann auch unmittelbar ein Frequenzvergleicher sein, beispielsweise ein Schwingkreis, an dem sich eine Spannung aufbaut, wenn seine Resonanzfrequenz erreicht wird. Die dann anstehende Spannung kann zum Ansteuern der Anzeige-oder Alarmanlage dienen, ebenso wie das Ausgangssignal des Digitalkomparators.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zwischen den Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers und den Komparator ein Optokoppler eingeschaltet. Dadurch erhält man eine bei derartigen Anlagen häufig erwünschte Potentialtrennung zwischen dem eigentlichen Gasdetektor und der Verarbeitungselektronik. Von Vorteil ist dabei ferner die Möglichkeit der variablen Anpassung der Signalspannung an die Jeweilige Betriebspannung der Adage. Dabei ist in bevorzugter weiterer Ausgestaltung dem Optokoppler eine Leistungsausgangsstufe mit einem thermischen Überlastschutz nachgeschaltet. Dadurch ist es möglich, einen hohen Signalpegel zu erhalten und dadurch eine zuverlässige Übertragung auch unter schwierigen Bedingungen sicherzustellen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zwischen Sensor und Meßverstärkerschaltung eine Temperaturkompensation geschaltet. Sie ermöglicht es. den gewünschten Grenzwert genauer festzulegen und kann entfallen, wenn die Ansprechschwelle der Anordnung nicht genau eingehalten werden braucht. Sie wird jedoch im Interesse einer sicheren Funktionsfähigkeit der Überwachungseinrichtung stets eingesetzt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer ein Verstärker mit eingestelltem Verstärkungsfaktor vorgeschaltet. Dadurch ist es möglich, genormte Umsetzer zu verwenden, die einen vorgegebenen Eingangspegel benötigen. Durch den Verstärker mit einstellbarer Verstärkung läßt sich die von dem Sensor erhaltene Spannung so einstellen, daß der gewünschte Frequenzwert am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers erscheint.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Ansprichen.
In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild einer Gaswarnvorrichtung dargestellt.
Die Vorrichtung wird von einer Leitung 1 aus dem Netz gespeist. Über einen Transformator 2 wird die Spannung auf die für die Speisung erforderliche Wechselspannung umgeformt. An die Sekundärseite des Transformators 2 ist ein Gleichrichter 3 angeschlossen, der einerseits über einen Spannungskonstanthalter 4 einen Heizwiderstand 5 eines Sensors 6 speist, der einen Metalloxid- Balbleiterwiderstand 7 als Meßelement umfaßt. Andererseits speist der Gleichrichter 3 über ein Siebglied 8 einen Verstärker 9, einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 10, einen Optokoppler 11 und eine Leistungsausgangsstufe 12.
Das Meßelement 7 ist mit einer ans ich bekannten Widerstandsbeschaltung versehen, beispielsweise einer Brückenschaltung, die ebenfalls über das Siebglied 8 sowie ggfls. einen Spannungskonstanthalter, der nicht dargestellt ist, mit Strom versorgt ist. Der Ausgang dieser Widerstandsschaltung ist mit dem Eingang des Verstärkers 9 verbunden, bei dem es sich um einen Operationsverstärker handelt, der durch entsprechende Beschaltung hinsichtlich seines Verstärkungsfaktors einstellbar ist.
Dabei wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 9 8o eingestellt, daß an seinem Ausgang beispielsweise eine Spannung im Bereich zwischen 1 Volt und 10 Volt ansteht, wenn das Meßelement 7 seinen Meßbereich überstreicht.
Der Ausgang des Verstärkers 9 ist unmittelbar an den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 10 geführt, der je Volt Eingangsspannung eine Ausgangsfrequenz von 1 kHz abgibt. Diese Ausgangsspannung gelangt an den Eingang des Optokopplers 11, dessen galvanisch vollständig getrennter Ausgang mit dem Eingang der Leistungsstufe 12 verbunden ist. Der Ausgang der Leistungsstufe 12 führt zu einer Meßwertverarbeitung 13, die sowohl den Komparator als auch die Anzeige- bzw. Alarmanlage umfaßt, die jedoch räumlich getrennt von der eigentlichen Detektoranlage 5 bis 12 angeordnet ist.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder zu mehreren kombiniert Anwendung finden.
Zur Erzielung einer exakten Ansprechschwelle und einer hohen Funktionssicherheit ist zwischen das Meßelement 7 und den Verstärker 9 eine Temperaturkompensation 14 eingeschaltet.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Überwachung der Luft auf Gasanteile, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und deren Derivate, Ammoniak, Schwefeldioxid und dgl., mit einem Gasdetektor, der einen Metalloxichalbleiter als Sensor umfaßt, der durch einen Heizwiderstand auf einer konstanten erhöhten Temperatur gehalten ist, wobei der elektrische Widerstand des Sensors von dem Gasgehalt der Luft abhängt, mit einer an dem Sensor angeschlossenen Meßschaltung und einer Anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßschaltung (7) ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer (10) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Komparator (13) verbunden ist, von dem eine Anzeige- oder Alarmanlage (13) gesteuert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (10) und den Komparator (13) ein Optokoppler (11) eingeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dew Optokoppler (11) eine Leistungsausgangsstufe (12) mit einem thermischen Überlastschutz nachgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer (10) ein Verstärker (9) mit eingestelltem Verstärkungsfaktor vorgeschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sensor (7) und Meß- bzw. Verstärkerschaltung (9) eine Temperaturkompensation (14) geschaltet ist.