DE3127431A1

DE3127431A1 - "konzentrations-ueberwachungsgeraete, insbesondere ch(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts) konzentrations-ueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE3127431A1
Application number: DE19813127431
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 5620 Velbert Harderich; Werner 4300 Essen Woelke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1981-07-11
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3127431C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Konzentrations-Uberwachungs-
gerät, insbesondere CH4Konzentrations-Überwachungsgerät, für die Überwachung der Konzentration eines Brenngases in einer Brenngas/ Luft-Mischung, - mit Meßbrücken nach Art einer Wheatstone-Brücke, an die Brückendiagonale angeschlossener, einen in Brenngaskonzentration eichbaren Meßstrom anzeigender Anzeigeeinrichtung und Eindeutigkeitseinrichtung, wobei die Meßbrücke in einem Brückenzweig einen Detektorwiderstand und in einem anderen einen Kompensationswiderstand aufweist und wobei ferner die Eindeutigkeitseinrichtung einen Zusatzwiderstand besitzt, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von den Wärmeleitungseigenschaften des Brenngas/Luft-Gemisches ändert, und welche Eindeutigkeitsmeßvorrichtung einen zusätzlichen Meßstrom erzeugt, der nach Erreichen eines dem Detektorwiderstand eigentümlichen Grenzwertes an der Anzeigevorrichtung wirksam ist.
Derartige Konzentrations-Überwachungsgeräte werden insbesondere in bergbaulichen Untertagebetrieben eingesetzt und sind dort für die Feststellung schlagend er Wetter und damit für die Grubensicherheit von besonderer Bedeutung. Im allgemeinen wird das zu untersuchende Brenngas-Luftgemisch dem Konzentrations-Überwachungsgerät "probenweise" mit Hilfe geeigneter Ansaugeinrichtungen und Pumpen zugeführt.
Bei dem bekannten, gattungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerät (DE-PS 12 81 722) bewirkt der zusätzliche Meßstrom lediglich ein Halten des Meßwertes. Oberhalb des Grenzwertes erfolgt keine Messung und Anzeige der in der Brenngas/Luft-Mischung enthaltenen Konzentration des Brenngases. Das stört, wenn in Abhängigkeit von der Konzentration in diesem Bereich besondere Sicherungsmaßnahmen erforderlich oder zweckmäßig sind. Das dem gattungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerät zugrundeliegende Meßprinzip basiert auf der Ausnutzung der bei einer katalytischen Verbrennung auftretenden Wärmetönung an dem elektrisch vorgeheizten Detektorwiderstand. Die Messung erfolgt indirekt über die Messung der Änderung der Größe dieses Widerstandes in der Wheats tone-Brücke. Der Detektorwiderstand besitzt katalytisch wirkende Eigenschaften. Er ist im allgemeinen als Wendel ausgeführt. Der Kompensationswiderstand entspricht in seinen elektrischen Werten möglichst genau dem Detektorwiderstand. Er ist ebenfalls der Brenngas/Luft-Mischung ausgesetzt, so daß insoweit alle Einflüsse auf den Detektorwiderstand (zum Beispiel der Einfluß der Wärmeleitung) sich auch auf den Kompensationswiderstand auswirken. Das gilt aber nicht für den Einfluß der Wärmetönung.
Folglich tragen alle Einflüsse bis auf den der Wärmetönung nicht zu einer Verstimmung der Meßbrücke und damit nicht zur Anzeige bei. Arbeitet man mit einer solchen Meßbrücke ohne Eindeutigkeitseinrichtung, so stellt man fest, daß jeder Anzeige zwei Konzentrationswerte des Brenngases zukommen. Die Charakterristik des Konzentrations-überwachungsgerätes in einer graphischen Darstellung, in der auf der Abszisse die Konzentration von 0 % bis 100 %, auf der Ordinate der Meßwert bzw. die Anzeige der Anzeigevorrichtung aufgetragen sind, hat ein ausgeprägtes Maximum, welches im allgemeinen im unteren Drittel des Bereiches von 0 bis 100 % der Konzentration liegt. Eine durch Oxilation an dem Detektorwiderstand auftretende Wärmetönung hängt nämlich nicht nur von der Konzentration des Brenngases, sondern auch von der Konzentration des Sauerstoffes ab. Je mehr Brenngas die Brenngas/Luft-Mischung enthält, um so weniger Sauerstoff enthält sie folglich.
In dem ersten Bereich bis zum Maximum der Charakterristik verbrennt sämtliches Brenngas, welches die katalytisch wirksame Oberfläche des Detektorwiderstandes erreicht, da in diesem Bereich ein stöchiometrischer Sauerstoffüberschuß vorliegt. Bei Überschreiten des Konzentrationswertes, der zu diesem Maximum der Kurve gehört, reicht der Sauerstoff nicht mehr aus, um sämtliches Brenngas zu verbrennen. Die auftretende Wärmetönung wird demnach wieder geringer. Bei einer Konzentration von 100 % findet überhaupt keine Wärmetönung mehr statt. Die Anzeige wird null.
Bei dem gattungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerät ist die Eindeutigkeitseinrichtung gekennzeichnet durch einen dem Brenngas/Luftgemisch ausgesetztem, nicht in der Meßbrücke liegenden Zusatzwiderstand, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Wärmeleitung des Brenngas/Luft-Gemisches ändert, und durch einen elektronischen Schalter, auf den eine der Widerstandsänderung des Zusatzwiderstandes proportionale Strom- bzw. Spannungsänderung als Steuergröße einwirkt und der einen Strom einschaltet, der höher ist als der dem Grenzwert entsprechende Strom. Dieser zusätzliche Strom beaufschlagt die Anzeigeeinrichtung und hält sie auf Vollausschlag.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Konzentrations-Überwachungsgerät so weiter auszubilden, daß nicht nur eine eindeutige Anzeige stattfindet, sondern darüber hinaus auch im Bereich Grenzwert bis 100 % der Konzentraktion eine Messung stattfindet. Folglich können bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerätes von der Konzentration abhängige Sicherungsmaßnahmen auch in dem genannten Meßbereich durchgeführt werden. In bergbaulichen Untertagebetrieben kann dadurch die Grubensicherheit erhöht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Eindeutigkeitseinrichtung aus einer Erweiterungsmeßbrücke nach Art einer Wheatstone-Brücke besteht, in Reihe zu der erstgenannten Meßbrücke geschaltet ist und in einem Brückenzweig den Zusatzwiderstand, im anderen einen ohmschen Widerstand aufweist, die außerdem mit ihrer Diagonalen an die Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, und daß die Erweiterungsmeßbrücke einen Erweiterungsmeßstrom erzeugt, der nach Erreichen des dem Detektorwiderstand eigentümlichen Grenzwertes die Anzeige bis zum Konzentrationswert von 100 % fortsetzt. Konzentrations-Überwachungsgeräte mit mehreren Meßbrücken, die ihrerseits nach Art von Wheatstone-Brücken aufgebaut sind, sind an sich bekannt (DE-OS 19 O9 629). Die Wheatstone-Brücken sind jedoch identisch gleich aufgebaut, parallelgeschaltet und mit einer Addierschaltung verbunden. Die bekannten Maßnahmen diesen dazu, die Konzentrationsverhältnisse in verschiedenen Räumen an einer Zentrale festzustellen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Anordnung des Zusatzwiderstandes, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von dem Wärmeübertragungseigenschaften des Brenngas/Luft-Gemisches ändert, in einem Zweig einer zusätzlichen Meßbrücke, nämlich der Erweiterungsmeßbrücke, die Meßergebnisse des Detektorwiderstandes und dieses Zusatzwiderstandes sich addieren lassen, und zwar so, daß praktisch über den gesamten Bereich von 0 bis 100 % der Konzentration eine lineare und selbstverständlich eindeutige Anzeige erfolgt. Im Rahmen der Erfindung liegt es, bei einer Konzentrations-Überwachungsanlage mehrere Konzentrations-Überwachungsgeräte des beschriebenen Aufbaues parallel zu schalten und auswertungstechnisch zu vereinigen. Die Anzeigeeinrichtung kann mit einem üblichen Meßinstrument für eine Analoganzeige oder für eine Digitalanzeige ausgerüstet sein. Ohne weiteres kann aber auch mit Fernübertragung gearbeitet werden. Das erfindungsgemäße Konzentrations-Überwachungsgerät kann in den Schutzarten ausgeführt werden, die die entsprechenden Vorschriften verlangen, beispielsweise explosionsgeschützt und/oder Schutzart erhöhte Sicherheit.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen Fiy. 1 das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerätes, Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Gegenstandes nach Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte Schaltschema eines erfindungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerätes arbeitet mit einer Meßbrücke 1 nach Art einer Wheatstone-Brücke, an die Brückendiagonale 2 angeschlossene einen in Brenngaskonzentration eichbarem Meßstrom anzeigende Anzeigeeinrichtung 3 und Eindeutigkeitseinrichtung.
Die Meßbrücke 1 weist in einem Brückenzweig einen Detektorwiderstand 4 und in einem anderen einen Kompensationswiderstand 5 auf.
Die Eindeutigkeitseinrichtung besitzt einen Zusatzwiderstand 6, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von den Wärmeleitungseigenschaften des Brenngas/Luft-Gemisches ändert. Diese Eindeutigkeitseinrichtung erzeugt einen zusätzlichen Meßstrom, der nach Erreichen eines dem Detektorwiderstand 4 eigentümlichen Grenzwertes an der Anzeigevorrichtung 3 wirksam wird.
Die Eindeutigkeitseinrichtung besteht aus einer Erweiterungsbrücke 7, die ebenfalls nach Art einer Wheatstone-Brücke aufgebaut ist. Sie ist in Reihe zu der erstgenannten Meßbrücke 1 geschaltet. Der schon erwähnte Zusatzwiderstand 6 liegt in einem Brückenzweig, während im anderen ein üblicher ohmscher Widerstand 8 angeordnet ist. Die Erweiterungsbrücke 7 ist außerdem mit ihrer Diagonalen 9 an die Anzeigeeinrichtung 3 angeschlossen.
Die Fiy. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Charakterristik des erfindungsgemäßen Konzentrations-Überwachungsgerätes.
Auf der Abszisse 10 ist die Konzentration an Brenngas in dem Brenngas/Luft-Gemisch aufgetragen, und zwar von 0 bis 100 %. Auf der Ordinate 11 ist der Meßwert aufgetragen, beispielsweise als Ausschlag der Anzeigeeinrichtung 3. Die Charakterristik 12 ist eine Gerade, die sich von 0 bis 100 % erstreckt. Der erwähnte Grenzwert ist auf der Geraden durch einen Punkt 13 abgebildet.
Man erkennt, daß durch den Erweiterungsmeßstrom, den die Erweiterungsmeßbrücke erzeugt, die Charakterristik als gerade Linie fortgesetzt ist. Es wird also ein Erweiterungsmeßstrom erzeugt, der nach Erreichen des dem Detektorwiderstand eigentümlichen Grenzwertes die Anzeige im Meßbereich "Grenzwert bis 100 %" fortsetzt.
Angedeutet wurde im Schaltschema, daß die Erweiterungsmeßbrücke 7 über einen Spannungs/Stromumsetzer 14 an die Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, die ihrerseits mit den üblichen Umsetzern 15 für eine Fernanzeige ausgerüstet ist.

Claims

Konzentrations-Überwachungsgerät, insbesondere CH4Konzentrations-überwachungsgerät.

Patentanspruch Konzentrations-Überwachungsgerät, insbesondere CH4Konzentrations-Überwachungsgerät, für die Überwachung der Konzentration eines Brenngases in einer Brenngas/Luft-Mischung, - mit Meßbrücken nach Art einer Wheatstone-Brücke, an die Brückendiagonale angeschlossener, einen in Brenngaskonzentration eichbaren Meßstrom anzeigender Anzeigeeinrichtung und Eindeutigkeitseinrichtung, wobei die Meßbrücke in einem Brückenzweig einen Detektorwiderstand und in einem anderen einen Kompensationswiderstand aufweist und wobei ferner die Eindeu tigkeits einrichtung einen Zusatzwiderstand besitzt, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von den Wärmeleitungseigenschaften des Brenngas/Luft-Gemisches ändert, und welche Eindeutigkeitsmeßvorrichtung einen zusätzlichen Meßstrom erzeugt, der nach Erreichen eines dem Detektorwiderstand eigentümlichen Grenzwertes an der Anzeigevorrichtung wirksam ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eindeutigkeitseinrichtung aus einer Erweiterungsmeßbrücke nach Art einer Wheatstone-Brücke besteht, in Reihe zu der erstgenannten Meßbrücke geschaltet ist und in einem Brückenzweig den Zusatzwiderstand, im anderen einen ohmschen Widerstand aufweist, die außerdem mit ihrer Diagonalen an die Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, und daß die Erweiterungsmeßbrücke einen Erweiterungsmeßstrom erzeugt, der nach Erreichen des dem Detektorwiderstand eigentümlichen Grenzwertes die Anzeige bis zum Konzentrationswert von 100 % fortsetzt.