DE3214485C2

DE3214485C2 -

Info

Publication number: DE3214485C2
Application number: DE3214485A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Bertone; Clayton J. Monroeville Pa. Us Bossart
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1981-05-04
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1992-09-10
Also published as: GB2098771B; JPS57186146A; DE3214485A1; CA1167281A; US4389903A; GB2098771A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Steuern einer Pumpe zum Ansaugen von Luft aus der Atmosphäre zur Entnahme von Proben zur Bestimmung des Staubgehaltes, insbesondere für die Probenahme in Bergwerken, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Gerät für die Bestimmung des Staubgehaltes der Außenluft dieser Art ist aus der DE-AS 24 01 008 bekannt. In der US 39 25 773 ist ein Alarmsystem beschrieben, bei dem ein Alarm nur dann ausgelöst wird, wenn ein Zähler, der die Signale eines Taktgebers empfängt, bis zu einem vorgegebenen Wert gezählt hat. Dabei wird der Taktgeber vom Ausgang einer Schwellwertschaltung aktiviert.

Die DE 30 10 587 A1 betrifft einen Dosismesser mit einer Einlaßöffnung, die mit einem Filter verbunden ist, in welchem Teilchen oder Dämpfe gesammelt werden, wobei durch den Filter mittels einer Pumpe mit veränderlichem Antrieb ein Luftstrom gepumpt wird. Diese Einrichtung enthält weiter einen Luftbehälter, der mit der Pumpe verbunden ist und überschüssige Luft zurückhält, um so eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes zu erzielen.

Eine andere Pumpenanlage zur Entnahme von Luftproben ist in der DE 27 25 717 A1 beschrieben. Dabei ist der Auslaßkanal der Pumpe mit einem Balg verbunden, der bei Erreichen seiner gestreckten Lage über eine Schalteinrichtung eine Abschaltung des Pumpenmotors bewirkt. Weiter ist eine Alarmschaltung vorgesehen, die bei einem Versagen des Balgs anspricht.

Eine weitere Einrichtung zur Entnahme von Luft- oder Gasproben ist in der US 35 01 899 beschrieben, die darauf basiert, daß die Strommenge konstant bleibt. Sie enthält eine Pumpe mit veränderbarer Geschwindigkeit und einen druckempfindlichen Schalter, der den Pumpenmotor in Abhängigkeit vom Druck steuert. Weiter wird bei der Steuerung der Pumpe ein Ansteigen der Temperatur in der Strömung durch eine Korrektureinrichtung berücksichtigt.

Bei Einrichtungen zur Entnahme von Luftproben zur Bestimmung des Staubgehaltes dieser Art kommt es wesentlich darauf an, den Mengenfluß des Luftstromes über einen vorgegebenen Zeitraum konstant zu halten. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Bedienungsperson angezeigt wird, daß der Mengenfluß unter einen vorgegebenen Wert abgefallen ist und eine ständige Mengenregulierung stattfindet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht dementsprechend darin, eine Schaltanordnung zum Steuern einer Pumpe zum Ansaugen von Luft zur Probenahme bereitzustellen, die zum einen bei Unterschreiten der vorgegebenen Fördermenge ein Signal erzeugt und zugleich die Pumpe derart steuert, daß die aufgetretene Differenz in der Fördermenge so weit wie möglich ausgeglichen wird und zum anderen die Zeit der Regulierung der Pumpe erfaßt und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ein weiteres Signal auslöst.

Bei der Lösung der Erfindungsaufgabe wird von einer Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen, der nach der DE-AS 24 01 008 gebildet wurde.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ist gekennzeichnet durch:

- eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ausgangssignals des Mengenfluß-Meßfühlers mit der Sollwert-Spannung des Sollwertgebers, wobei eine Signalspannung erzeugt wird, wenn das Ausgangssignal des Mengenfluß-Meßfühlers unter einen bestimmten Prozentwert der Sollwert-Spannung absinkt,
- eine erste Einrichtung zum Anzeigen des Vorhandenseins der Signalspannung,
- einen Zeitgeber zum Zählen der Zeit nach Auftreten der Signalspannung und
- eine weitere Anzeigeeinrichtung, die anspricht, wenn der Zeitgeber das Auftreten der Signalspannung während einer vorgegebenen Zeitdauer festgestellt hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein kontinuierlich angesaugter Luftstrom fortlaufend überwacht wird und daß bei Abweichungen von der vorgegebenen Fördermenge die Pumpe so gesteuert wird, daß die aufgetretenen Veränderungen im Mengenfluß korrigiert werden, um so einen möglichst konstanten Mengenfluß sicherzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, zuverlässige und untereinander vergleichbare Bestimmungen des Staubgehaltes der Atmosphäre durchzuführen. Zugleich bietet die neue Schaltanordnung die Möglichkeit, jeweils vom Beginn einer Regulierung die abgelaufene Zeit zu erfassen und bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeitdauer dies durch ein Signal anzuzeigen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung, die zeigt, wie die Pumpe zur Probenahme von atmosphärischer Luft, beispielsweise durch einen Bergmann, benutzt wird,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Schaltkreises der Einrichtung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Schaltkreises des Mengenfluß-Meßfühlers, des Signalformungs kreises, des Mengenflußfehlerkreises und des Zeit gebers.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe zur Entnahme von Proben aus der Atmosphäre, für die die Schaltanordnung gemäß der Erfin dung verwendet werden kann. Die Pumpe selbst ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, das z. B. an dem Gürtel eines Berg manns befestigt wird. Die Pumpe erzeugt einen Unterdruck in der Leitung 12, die zu einem Filter 14 führt, das an dem Kragen der Bedienungsperson befestigt werden kann. Die Luft, die sich beispielsweise im Inneren eines Bergwerkes befindet, wird durch das Filter 14 angesaugt und durch die Pumpe in das Gehäuse 10 gepumpt, so daß die Staubkonzen tration durch vorheriges und nachträgliches Wiegen des Fil ters, üblicherweise nach einem Zeitraum von etwa 8 Stunden, bestimmt werden kann. Um eine genaue Bestimmung des Staub gehaltes vornehmen zu können, ist es notwendig, den Mengen fluß durch die Pumpe praktisch während des gesamten Meßzeit raumes über einen vorbestimmten Wert zu halten. Die Erfin dung sieht Einrichtungen zum Überwachen sowohl der Mengen flußgeschwindigkeit als auch einer ständigen Mengenflußre gulierung vor. Wenn einer dieser Parameter unter hinnehm bare Werte abfällt, werden sichtbare Signale erzeugt.

Ein Blockdiagramm des gesamten Systems ist in Fig. 2 dar gestellt. Nach dem Durchgang durch das Filter 14 wird der Luftstrom durch einen Mengenfluß-Meßfühler 16 gemessen, der aus einem Hitzedrahtfaden und einer Wicklung zur Tem peraturkompensation besteht, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Der Meßfühler 16 ist seinerseits mit einem Brückenverstärker 18 verbunden, der so arbeitet, daß die Meßfühlerbrücke ständig im Gleichgewicht ist, wie im fol genden im einzelnen erläutert wird.

Von dem Brückenverstärker 18 gelangt das Signal zu einem Signalformungskreis 20 und dann zu einem Verknüpfungspunkt 22, an dem es mit einem Sollwert-Signal, das von dem Kreis 24 kommt, verglichen wird. Wenn das Ausgangssignal des Kreises 20 oberhalb oder unterhalb der Sollwert-Spannung liegt, liefert ein Fehlerverstärker 26 ein Signal zu einem Impulsbreiten-Modulator 28, um die Breite des Impulses, der an die Pumpe 30 angelegt wird, zu verändern. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Pumpenmotors durch Re gulierung des Arbeitszyklus der Rechteckwelle verändert. Längere Arbeitszyklen führen zu schnelleren Geschwindigkei ten des Motors, während kürzere Arbeitszyklen die Geschwin digkeit des Motors verlangsamen. Ein Schwingungsdämpfer 32 zwischen dem Mengenfluß-Meßfühler 16 und der Pumpe 30 dämpft pneumatisch den durch die Pumpe erzeugten Luftstrom zur genauen Messung durch den Mengenfluß-Meßfühler.

Das Ausgangssignal des Signalformungskreises 20 wird auch an einen Mengenfehlerkreis 34 angelegt, an dem das Signal mit einem Sollwert-Signal von dem Kreis 24 verglichen wird. Wenn die Austrittsmenge unter einen Wert von etwa 80% des Sollwertes fällt, wird eine erste Leuchtdiode 36 erregt, die anzeigt, daß der gewünschte Mengenfluß nicht aufrecht erhalten werden kann. Durch Regulierung von Schaltelementen kann der Sollwert, bei dem die Diode 36 erregt wird, von 10% bis 90% verändert werden. Das Ausgangssignal des Feh lerkreises 34 betätigt auch einen Zeitgeber 38, der die ge samte Zeitmenge zählt, während der eine ständige Regulie rung des Mengenflußabfalles auftritt. Wenn die Regulierung eine vorbestimmte Zeitlang auftritt, gewöhnlich etwa 30 Minuten, erregt der Zeitgeber eine zweite Leuchtdiode 40, um diese Bedingung anzuzeigen.

In Fig. 3 sind Einzelheiten der Anzeigegeräte für die Re gulierung des Mengenflußrückganges und dessen ständiger Regulierung dargestellt. Der Mengenfluß-Meßfühler 16 be steht aus einem Hitzedrahtfaden 42 und einer Wicklung 44 zur Temperaturkompensation, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Eine der Eingangsklemmen der Brücke ist mit Masse verbunden, während die andere über einen Wider stand 46 und einen Transistor 48 an eine B⁺-Spannungsquelle angeschlossen ist.

Die Ausgangsklemmen der Brücke sind mit zwei Eingängen eines Operationsverstärkers 50, der Ausgang des Verstärkers 50 ist mit der Basis eines Transistors 48 verbunden. Der Verstärker 50 überwacht die Spannung zwischen den beiden Brückenzweigen und reguliert die Erregerspannung der Brücke, um 0 Volt zwischen diesen Punkten aufrechtzuerhal ten. Wenn die Brücke immer mehr aus dem Gleichgewicht kommt infolge einer Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit, er höht sich die Brückenquerspannung ebenso wie die Spannung in der Leitung 52. Diese Spannung wird an einen Eingang eines Operationsverstärkers 54 angelegt, während der ande re Eingang über einen Widerstand 56 und einen Operations verstärker 58 an ein Potentiometer 60 zur Null-Einstellung angeschlossen ist. Wenn die Brücke 16 ausgeglichen ist, be trägt die Spannung in der Leitung 52 etwa 1 Volt. Diese wird durch das Signal von dem Potentiometer 60 ausgeglichen, um einen 0-Ausgang am Verstärker 54 bei ausgeglichener Brücke zu erreichen. Bei nicht ausgeglichener Brücke erhöht sich die Spannung in der Leitung 52 ebenso wie das Ausgangs signal des Verstärkers 54. Da der Verstärker jedoch so ein reguliert ist, daß seine maximale Ausgangsspannung bei größter Abweichung vom ausgeglichenen Zustand 1 Volt be trägt, erstreckt sich der Ausgang des Verstärkers 54 über einen Bereich von 0 bis 1 Volt.

Das Potentiometer 60 erhält seine Spannung von dem Opera tionsverstärker 62; der gleiche Ausgang ist mit dem Poten tiometer 64 verbunden, das den Sollwert für den Durchfluß festsetzt. Das Signal des beweglichen Schiebers des Poten tiometers 64 wird an einen Fehlerverstärker 26 angelegt, wo es mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 54 verglichen wird. Das sich ergebende Fehlersignal wird an den Impuls breiten-Modulator 28 angelegt, um die Geschwindigkeit des Pumpenmotors 31 zu steuern. Der bewegliche Schieber 64 ist ferner über die Leitung 66 und den Widerstand 68 mit einem Eingang des Operationsverstärkers 70 verbunden. An den anderen Eingang des Operationsverstärkers 70 ist der Aus gang des Operationsverstärkers 54 angelegt. Auf diese Wei se wird die Brückenquerspannung, die eine Anzeige für den Mengenfluß ist, durch den Verstärker 54 auf Null einge stellt und mit der Sollwert-Spannung für den Mengenfluß von dem Potentiometer 64 verglichen. Wenn die beiden nicht gleich sind, erzeugt der Operationsverstärker 70 ein Aus gangssignal in der Leitung 72, das durch den Operations verstärker 74 die Leuchtdiode 36 erregt, die eine Regulie rung des Mengenflußrückgangs anzeigt. Normalerweise wird die Leuchtdiode 36 erregt, wenn die Durchflußmenge unter etwa 80% des Sollwertes abfällt. Durch Regulierung des Potentiometers 64 kann der Sollwert von 10 bis 90% ver ändert werden.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 70 in der Lei tung 72 wird auch an eine NAND-Schaltung 78 angelegt, de ren anderer Eingang mit einem Impulsgenerator 79 mit einer festgelegten Frequenz verbunden ist. Der Impulsgenerator 79 liefert auch Impulse an den Impulsbreiten-Modulator 28, wie es auf der Zeichnung dargestellt ist. Wenn ein Ausgangssignal in der Leitung 72 von dem Verstärker 70 er scheint, werden Impulse von dem Generator 79 an einen Zäh ler 80 angelegt. Wenn der Zähler bis zu einem vorgegebenen Wert gezählt hat, erscheint ein Ausgangssignal in der Lei tung 82, das über den Operationsverstärker 84 die zweite Leuchtdiode 40 erregt, die anzeigt, daß die ständige Re gulierung des Durchflusses einen vorbestimmten Wert von gewöhnlich 30 Minuten erreicht hat. Wenn ein Ausgangssig nal in der Leitung 82 erscheint, erregt der Operationsver stärker 84 die Leuchtdiode 40, und die Leuchtdiode 36 wird durch den Verstärker 88 ausgeschaltet. Der Zähler 80 wird dann eingeschaltet und kann nur durch einen EIN-AUS- Schalter 90 zurückgestellt werden, der dazu dient, den Schaltkreis an eine Batterie 92 anzuschließen.

Claims

1. Schaltanordnung zum Steuern einer Pumpe (30) zum Ansaugen von Luft aus der Atmosphäre zur Entnahme von Proben zur Bestimmung des Staubgehaltes, insbesondere für die Probenahme in Bergwerken, mit

- einem Mengenfluß-Meßfühler (16), der ein der strömenden Luftmenge proportionales Ausgangssignal liefert,
- einer ersten Vergleichseinrichtung (22) zum Vergleichen des Ausgangssignals des Mengenfluß-Meßfühlers (16) mit einer Sollwert-Spannung eines Sollwertgebers (24) und
- Einrichtungen (26, 28) zum Steuern der Pumpe (30) derart, daß die Differenz zwischen dem gemessenen Ausgangssignal des Mengenfluß-Meßfühlers (16) und der Sollwert-Spannung so gering wie möglich ist, gekennzeichnet durch
- eine zweite Vergleichseinrichtung (34) zum Vergleich des Ausgangssignals des Mengenfluß-Meßfühlers (16) mit der Sollwert-Spannung des Sollwertgebers (24), wobei eine Signalspannung erzeugt wird, wenn das Ausgangssignal des Mengenfluß-Meßfühlers (16) unter einen bestimmten Prozentwert der Sollwert-Spannung absinkt,
- eine erste Einrichtung (36) zum Anzeigen des Vorhandenseins der Signalspannung,
- einen Zeitgeber (38) zum Zählen der Zeit nach Auftreten der Signalspannung und
- eine weitere Anzeigeeinrichtung (40), die anspricht, wenn der Zeitgeber (38) das Auftreten der Signalspannung während einer vorgegebenen Zeitdauer festgestellt hat.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichseinrichtung (22) aus einem Operationsverstärker (70) besteht, an dessen einen Eingang das Ausgangssignal angelegt wird, während an den anderen Eingang die Sollwert-Spannung angelegt wird.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Spannung von einem Potentiometer (64) abgenommen wird und einstellbar ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Impulsgenerator (79) und einen logischen Kreis (78) enthält, an den das Ausgangssignal des Impulsgenerators (79) und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (70) angelegt wird, wobei das Ausgangssignal des logischen Kreises (78) dazu benutzt wird, den Zähler (80) zu speisen.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (36) zum Anzeigen des Vorhandenseins der Signalspannung und die weitere Anzeigeeinrichtung (40) Leuchtdioden enthalten.