DE3424358C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasdetektor bzw. ein Gaskonzentra­ tions-Überwachungssystem nach den Oberbegriffen des Hauptan­ spruchs bzw. des Anspruchs 7.

Bekannte Gasmeßgeräte (GB-PS 21 01 748) weisen Gassensoren auf, die auf die Anwesenheit von einem oder mehreren bestimmten Gasen reagieren, indem sie ihre elektrischen Eigen­ schaften ändern. Sie ermöglichen durch elektrische Über­ wachung solcher Eigenschaften das Feststellen der An­ wesenheit und der Konzentration ausgewählter Gase in einer Umgebung. Es ist ein Gerät bekannt, das einen Gassensor, einen elektrischen Überwachungsschaltkreis, eine eigene Stromversorgung, sowie eine Anzeige für das Gerät aufweist, so daß die Anwesenheit und/oder die Konzentration des ausgewählten Gases oder Gase in einer bestimmten Umgebung leicht festgestellt werden kann. Derartige Geräte sind insbesondere, wenn Genauigkeit erforderlich ist, und geringe Konzentrationen, z. B. wenige ppm, gemessen werden sollen, teuer und nicht robust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas­ detektor bzw. ein Gaskonzentrations-Überwachungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, der bzw. das ein Versagen eines Gassensors anzeigen kann und der bzw. das für die Messung geringer Gaskonzentrationen geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 7.

Der erfindungsgemäße Gasdetektor dient insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, zur Feststellung von Feuer oder möglicherweise gefährlicher Luftverhältnisse im Untertagebau.

Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, Gasdetektoren und Gaskonzentrations-Überwachungssysteme mit einer wirkungsvollen Ausfallsicherung zu versehen, ohne daß dadurch höhere Kosten anfallen. Bei einem Ver­ sagen des Gassensors wird nämlich auf Grund des ausblei­ benden Überwachungssignals ein Alarm ausgelöst. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil die Gassensoren bei Untertagebedingungen nur eine verhältnismäßig gerin­ ge Lebensdauer haben.

Die Gassensoren können auf ein bestimmtes ausgewähltes Gas, wie z. B. Kohlenmonoxid oder Methan reagieren oder auf zwei oder mehr Gase oder Mischungen davon.

Die Gehäuse eines jeden Gasdetektors können einen Be­ hälter aufweisen, der die Gassensoren umgibt und der in seinen Wänden Durchbrechungen hat, um das Eindringen des Gases durch die Durchbrechnungen zu ermöglichen. Vorzugsweise sind derartige Gehäuse so gestaltet, daß das durch die Druchbrechungen eindringende Gas langsam um das Innere des Behälters strömt, selbst wenn das Gehäuse an einer Stelle angeordnet ist, wo eine Luft­ strömung schnell über die Außenseite des Gehäuses strömt.

Der Gassensor ist vorzugsweise leicht auswechselbar vorgesehen und z. B. in einer Steckfassung montiert. Dies bedeutet, daß in den Fällen, wo die Lebensdauer des Gassensors kurz ist, z. B. nur wenige Monate, der Gassensor, wenn erforderlich, leicht ausgewechselt wer­ den kann.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel und

Fig. 3 ein Schaltbild der Meßgeräte.

Das Gasmeßgerät 9 weist ein Gehäuse 10 auf, das aus einem inneren Behälter 12 und einem äußeren Behälter 14 besteht. Jeder Behälter weist sechs Durchgangsschlitze auf, die nicht gegenüber angeordnet sind. Das bedeutet, daß wenn Luft relativ schnell um das Gehäuse 10 strömt, ein Teil der Luft zunehmend in das Innere des Behälters 12 über die Schlitze eindringt und langsam um diesen herum wirbelt. Ein Gassensor 16 ist innerhalb des Be­ hälters 12 angebracht, der auf das Vorhandensein und die Konzentration von Kohlenmonoxid reagiert, indem er seine elektrischen Charakteristiken ändert. Ein elek­ tronischer Schaltkreis 18 ist in einer Kammer 20 ober­ halb des Gassensors 16 eingekapselt angebracht und ist elektrisch mit dem Gassensor 16 verbunden. Drei Leitun­ gen 22, 24 und 26 sind mit dem Schaltkreis 18 und einem Anschlußklemmenkasten 27 verbunden.

Das Gehäuse weist eine Abdeckung 28 auf, die mit einer Tragöse 30 versehen ist, so daß das Gasmeßgerät 9 auf einfache Weise an einer ausgesuchten Stelle aufgehängt werden kann.

Bei der Verwendung im Untertagebau wird das Gasmeßgerät 9 an ausgewählten Stellen angeordnet und mit einer Vielzahl ähnlicher Gasmeßgeräte an verschiedenen ge­ eigneten Stellen innerhalb eines Bereichs des Unter­ tagebaus assoziiert. Alle Gasmeßgeräte werden von einer zentralen Steuerstation elektrisch versorgt, an die von den Gasmeßgeräten Überwachungssignale übertragen wer­ den, die die Konzentration des Kohlenmonoxids im Be­ reich der jeweiligen Meßgeräte anzeigen.

Das in Fig. 2 gezeigte Gasmeßgerät entspricht dem Gas­ meßgerät gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme, daß ein kleines Gebläse 32 innerhalb der Abdeckung 28 befestigt ist. Das Gebläse 32 wird von der zentralen Station über die Leitung 26 versorgt. Das Gebläse 32 saugt Luft in den Behälter 12 über die Schlitze in den Wänden der Behäl­ ter 12 und 14. Dadurch, daß ein Gebläse 32 vorgesehen ist, kann das Gasmeßgerät 9 effizient und schnell auf Änderungen der Kohlenmonoxidkonzentration reagieren, selbst wenn das Gasmeßgerät in einem Bereich montiert ist, wo wenig oder keine Luftbewegung vorhanden ist. Normalerweise besorgt die konventionell erzwungene Luftumwälzung im Untertagebau eine ausreichende Luft­ zirkulation um das Gasmeßgerät, wenn dieser in oder in der Nähe einer Hauptluftströmung angeordnet ist. Jeden­ falls ist es möglich, daß das Gasmeßgerät 9 in einem Bereich relativ geringer Luftzirkulation angeordnet werden kann, daß die Luftumwälzung für Wartungsarbeiten ausgeschaltet werden kann oder daß sie wegen eines Fehlers ausfällt. In solchen Fällen gewährleistet das Gebläse 32, daß eine ausreichende Bewegung der Luft entsteht, so daß die Luft in den Behälter 12 eindringt, um den Gassensor 16 in die Lage zu versetzen, auf Kohlenmonoxid zu reagieren und eine Messung der Kohlen­ monoxidkonzentration auszuführen.

Gemäß Fig. 3 weist die Schaltung einen Stromversor­ gungsschaltkreis auf, der eine -15 Volt Gleichspannung von einer zentralen Steuerstation an den Leitungen 22 und 26 erhält. Ein Stabilisierschaltkreis 40 verringert die Spannung auf -12 Volt und versorgt eine Dividierer­ schaltung mit einem Verstärker 42, die ein gemeinsames Nullpotential zusammen mit einem +6 Volt und einem -6 Volt Ausgang für den Rest der Schaltung zur Verfügung stellt.

Der Gassensor 16 ist mit einem Anpassungsverstärker 44, der einen Widerstand 46 in seinem Gegenkopplungsschalt­ kreis aufweist, verbunden, dessen Ausgang über einen Verstärker 48 mit einem weiteren Verstärker 50 verbun­ den ist, der eine Temperaturkorrektur-Rückkopplung ent­ hält. Weitere Verstärker 52, 54 und 56 sind in Reihe mit einer Stromtreiberstufe 58 verbunden, deren Ausgang mit der Leitung 24 verbunden ist.

Die Eingänge der Verstärker 52 und 54 sind einstellbar, um den Nullpunkt der Schaltung bzw. die Meßbereichs­ spanne zu verändern. Der Eingang des Verstärkers 56 ist ebenfalls einstellbar, um eine Verschiebung des gesam­ ten Ausgangssignals der Schaltung vorzusehen.

In der beschriebenen Schaltung wird ein Ausgangssignal zur Übertragung in Leitung 24 gewählt, das die Kohlen­ monoxidkonzentration angibt, so daß, wenn die Kohlen­ monoxidkonzentration Null ist, das Ausgangssignal der Stromtreiberstufe 58 1 mA ist. Dies entspricht einem Null-Ausgangssignal an dem Verstärker 54, so daß das Offset-Eingangssignal des Verstärkers 56 1 Volt betra­ gen muß.

Die Nullpunkteinstellung der Schaltung wird durch Ände­ rung eines Eingangssignals zum Verstärker 52 korri­ giert. Dieses einstellbare Eingangssignal ist erforder­ lich, um den geringen Strom, der durch den Gassensor 16 fließt, wenn kein Kohlenmonoxid vorhanden ist, auszu­ balancieren.

Der gewählte Meßbereich wird über ein Eingangssignal in den Verstärker 54 gesteuert bzw. korrigiert und wird in dem Bereich zwischen Null und 100 ppm Kohlenmonoxid­ konzentration gewählt. Dieser Meßbereich kann auch, falls erforderlich, kalibriert werden, indem der Wider­ standswert des Widerstands 46 geändert wird. Nach der ersten Kalibrierung der Schaltung wird das Gasmeßgerät getestet, indem der Gassensor 16 einer bekannten Kohlenmonoxidkonzentration ausgesetzt wird und die Sig­ nalspanne kalibriert wird, um dem gewählten Bereich zu entsprechen.

Normalerweise können alle erwähnten Einstellungen aus­ geführt werden, indem geeignete variable Widerstände vorgesehen werden, die beispielsweise mit Hilfe eines Schraubenziehers zugänglich sind, ohne die Einkapselung der Schaltung in der Kammer 20 zu beschädigen.

Der Gassensor 16, der selbst nicht Gegenstand der Er­ findung ist, reagiert im Betrieb auf die Anwesenheit von Kohlenmonoxid, indem er seine elektrischen Eigen­ schaften ändert, so daß die Eingangssignale in den Ver­ stärker 48 unausgeglichen werden und der Ausgangsstrom der Stromtreiberstufe 58 sich entsprechend reduziert. Zur Überwachung von Untertagearbeiten ist der gewählte Meßbereich, wie zuvor erläutert, 100 ppm, so daß, wenn die Konzentration bis zu diesem Niveau ansteigt, der Ausgangsstrom der Stromtreiberstufe 58 sich von 1 mA auf Null reduziert.

Es können auch andere Schaltungsanordnungen vorgesehen sein und auch andere Kalibrierungen innerhalb der Schaltung. Die Verwendung eines sich reduzierenden Stromausgangssignals, wenn die Gaskonzentration zu­ nimmt, ist jedoch bevorzugt, weil dies eine Ausfall­ sicherung darstellt. Auch in den Fällen, wo Aufzeich­ nungen gemacht werden, insbesondere mit Diagramm­ schreibern, ist ein Vollausschlag oder Maximalausschlag bei Null-Gaskonzentration vorteilhaft.

Der Gassensor 16 ist in dem Gehäuse 10 in einer Steck­ fassung. Dies ermöglicht, den Gassensor 16 leicht aus­ zuwechseln. Geeignete Gassensoren, die z. Z. erhältlich sind, haben eine Lebensdauer unter Untertagebedingungen von 6 bis 18 Monaten und müssen daher normalerweise alle 6 bis 12 Monate ersetzt werden. Die beschriebene Schaltung ermöglicht es, jeden ausgetauschten Gassensor zu kalibrieren und die Schaltung einzustellen, erstmals wenn ein Ersatzgassensor in das Gehäuse 10 eingesteckt wird und dann auch wenn erforderlich zu anderen Zeiten.

Das Gebläse 32, sofern vorhanden, ist mit der Leitung 26, wie in Fig. 3 gestrichelt gezeigt, verbunden.

Wie bereits zuvor erwähnt, werden die Gasmeßgeräte auf geeignete Weise in bestimmten unterschiedlichen Orten innerhalb eines Untertagebereichs angeordnet. Die zen­ trale Steuerstation befindet sich normalerweise und vorteilhafterweise auf der Erdoberfläche oberhalb der Grube. Die Steuerstation ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Diagrammschreibern ausgestattet, die je­ weils mit einem der Gasmeßgeräte gekoppelt sind, um die Änderungen der Kohlenmonoxidkonzentration zu über­ wachen. Jeder Diagrammschreiber kann mit einer Alarm­ schaltung verbunden werden und in der Lage sein, einen hörbaren und/oder sichtbaren Alarm auszulösen, sobald die Konzentration über ein vorbestimmtes Niveau an­ steigt. Die Alarmschaltung oder eine zusätzliche Schal­ tung, die in der beschriebenen eingekapselten elektri­ schen Schaltung in der Kammer 20 eines jeden Gasmeß­ geräts enthalten ist, kann vorgesehen sein, um ein der­ artiges Alarmsignal zu erzeugen. Darüber hinaus können die Gasmeßgeräte oder die Alarmschaltung auf der Erd­ oberfläche mit einer zusätzlichen Schaltungsanordnung versehen sein, die auf Änderungsbeträge der Kohlen­ monoxidkonzentration reagiert und ein weiteres Alarm­ signal erzeugt, sobald dieser Änderungsbetrag einen vorbestimmten Betrag übersteigt.

Ein telemetrisches System kann verwendet werden, um die Größe des Ausgangsstromsignals der Stromtreiberstufe 58 an die zentrale Steuerstation zu übertragen. In solch einem Fall wird die telemetrische Verbindung dazu ver­ wendet, die elektrischen Schaltungen der Gasmeßgeräte genauso wie als auch die in jedem Gasmeßgerät vor­ gesehenen Telemetrieschaltungen mit Energie zu ver­ sorgen.

Die Überwachung von Kohlenmonoxid ist insbesondere vor­ teilhaft zum Feststellen des Beginns eines Grubenfeuers oder des Auftretens von Feuergefahrbedingungen, wie sie sich insbesondere in Kohlengruben entwickeln. Auch für den Nachweis anderer Gase, z. B. Kohlenmonoxid, ist das Gasmeßgerät verwendbar. Jedoch treten gelegentlich über­ all vergleichsweise hohe Hintergrundkonzentrationen von Kohlendioxid in einer Grube auf, selbst wenn kein Feuer oder keine Feuergefahr besteht, was bedeutet, daß Ände­ rungen, die ein Feuer anzeigen, nicht so leicht unter­ scheidbar sind von normalen sicheren Verhältnissen. Durch Überwachung der Anwesenheit von Kohlenmonoxid, Methan oder einer Mischung davon, kann der Beginn oder die Zunahme geringer Konzentrationen solcher Gase eine generell erheblich zuverlässigere und leichter unter­ scheidbare Bedingung schaffen, auf deren Basis schnell der Feuerausbruch oder andere gefährliche Luftzustände festgestellt werden können.

Da in einem System zur Überwachung der Gaskonzentration in einem Untertagebereich jedes beschriebene Gasmeß­ gerät eine örtliche Stromquelle nicht benötigt und eine Fernanzeige aufweist, wie z. B. einen Diagrammschreiber, kann jedes Gasmeßgerät relativ kostengünstig herge­ stellt werden. Darüber hinaus liefert die entfernte Station nicht nur rechtzeitig eine frühzeitige Feuer­ anzeige, sondern die zentrale Überwachung der Gas­ konzentration hat auch den zusätzlichen Vorteil, daß ein Fehler oder ausgefallene Gassensoren identifiziert werden können. Dies kann entweder durch Überwachung uncharakteristischer Änderungen in den Ausgangs- Überwachungssignalen oder durch Vergleich dieser Sig­ nale mit den Signalen, die von in der Nähe angeordneten Gasmeßgeräten im gleichen Bereich geliefert werden, ausgeführt werden.

Das System kann auch verwendet werden, um die Anwesen­ heit oder den Beginn gefährlicher Gaskonzentrationen sowohl in Gruben als auch in langen Straßentunnels zu überwachen, die nicht zwangsläufig mit Feuer oder Feuergefahren in Verbindung gebracht werden müssen, aber gesundheitsgefährliche Luftzustände betreffen können.

Die Gasmeßgeräte können, falls erwünscht, in einem System zusammengefaßt werden, das eine Vielzahl von Rauchmeldern und eine Vielzahl von Kohlenmonoxid- Meßdetektoren überwacht, die zur gleichen Zeit in dem gleichen Bereich verteilt sind.

Claims (8)

1. Gasdetektor mit einem Gehäuse und einem Gassensor, der in dem Gehäuse montiert ist und seine elektri­ schen Eigenschaften mit der Änderung der Gaskonzen­ tration einer Gasprobe im Gehäuse ändert, und mit einer in dem Gehäuse untergebrachten Überwachungs­ schaltung, die elektrisch mit dem Gassensor ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (18) ein Überwachungs­ signal erzeugt, das einen Maximalwert aufweist, wenn die Gaskonzentration einen Minimalwert hat, und im Wert fällt, wenn die Gaskonzentration an­ steigt.

2. Gasdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gassensor (16) auf Änderungen der Kohlenmonoxidkonzentration in dem Gehäuse (10) reagiert.

3. Gasdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (10) einen Behälter (12) aufweist, der den Gassensor umgibt und der Durchbrechungen in seinen Wänden aufweist, um das Eindringen des Gases durch die Druchbrechungen zu ermöglichen.

4. Gasdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (10) zwei Behälter (12, 14), einer innerhalb des anderen, aufweist und daß die Durchbrechungen in deren Wänden nicht zueinander ausgerichtet sind, um einen gewundenen Durchgang für die in das Innere des inneren, den Gassensor umgebenden Behälters (12) eindringende Luft vor­ zusehen.

5. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gassensor (16) innerhalb des Gehäuses (10) lösbar befestigt ist.

6. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (10) ein Gebläse (32) derart angeordnet ist, daß Luft in Richtung auf den Gassensor (16) ansaugbar ist.

7. Gasprobenkonzentrations-Überwachungssystem, insbesondere für den Untertagebau, mit mehreren Gasdetektoren, wobei jeder Gasdetektor einen in einem Gehäuse montierten Gassensor aufweist, der seine elektrischen Eigenschaften mit der Gaskon­ zentrationsänderung in dem Gehäuse ändert und mit einer in dem Gehäuse untergebrachten Überwachungs­ schaltung, die elektrisch mit dem Gassensor ver­ bunden ist, gekennzeichnet durch die Erzeugung von Überwachungssignalen durch die Überwachungsschaltung (18), wobei die Überwachungs­ signale einen Maximalwert aufweisen, wenn die Gas­ konzentration einen Minimalwert hat, und im Wert fallen, wenn die Gaskonzentration ansteigt und eine elektrisch mit jedem Gasdetektor verbundene entfernte Steuerstation für die Stromversorgung und für den Empfang von die Gaskonzentration in den jeweiligen Gehäusen (10) angebenden Überwachungs­ signalen aus jedem Gasdetektor.

8. Gasdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Gasprobenkonzentrations-Überwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ wachungssignale Analogstromsignale sind, die re­ präsentativ für die Gaskonzentration sind.