DK163613B - Gasdetektor - Google Patents

Description

DK 163613 B

Opfindelsen angår en gasdetektor af den i krav 1' s indledning angivne art.

Der kendes allerede gasdetektorer, som omfatter tranduce-5 re, som reagerer på tilstedeværelsen af en eller flere valgte gasser for at ændre deres elektriske karakteristik for derved at muliggøre detektering af tilstedeværelsen og koncentrationen af den valgte gas i et miljø ved elektrisk overvågning af sådanne karakteristikker. Det er 10 sædvanligt at tilvejebringe et instrument med en transducer, et elektrisk overvågningskredsløb og en lokal elektrisk strømforsyning såvel som et display for instrumentet, således at tilstedeværelse og/eller koncentrationen af den valgte gas eller gasserne let kan bestemmes i et 15 valgt miljø. Sådanne instrumenter har en tilbøjelighed til at være kostbare og ikke særlig robuste, når der kræves nøjagtighed og det er ønskeligt at måle lave koncentrationer, et par dele pr. million.

20 Opfindelsen drejer sig om at tilvejebringe gasdetektorer, som er forholdsvis billige, og som kan anvendes ved detektering af lave gaskoncentrationer, især kulmonooxid og methan. Gasdetektoren ifølge opfindelsen skal især, men ikke udelukkende, anvendes til at detektere tilstede-25 værelse af brand eller potentielt farlige tilstande ved underjordisk minearbejde.

Fra f.eks. US patenterne nr. 3 041 590, nr. 2 441 767 og nr. 1 876 706 kendes gasdetektorer omfattende et hus med 30 indbygget gascelletransducer med en elektrisk karakteristik, som varierer med koncentrationen af en valgt gas, f.eks. kulilte i huset og med et elektrisk overvågningskredsløb anbragt i huset.

35 Fra f.eks. US patenterne nr. 4 390 869 og nr. 4 088 985 er det også kendt, at sådanne gasdetektorer kan tilknyttes en fjerntliggende station, som fører til detektorerne 2

DK 163613 B

og modtager overvågningssignaler fra detektoren.

Disse forhold sikrer imidlertid ikke, at en fejl ved gas-detektoren eller overvågningskredsløbet eller ødelæggelse 5 af forbindelsen imellem gasdetektoren og fjemstyresta tionen vil blive fortolket som en farlig gaskoncentration. Opfindelsen har endvidere til formål at kunne benyttes specielt inden for minedrift, hvor det er nødvendigt med en robust anordning, som virker under disse 10 strenge omgivelsesbetingelser.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den indledningsvis angivne gasdetektor er ejendommelig ved det i krav 1' s kendetegnende del angivne. Yderligere træk ved 15 opfindelsen fremgår af underkravene.

Gascelletransducerne kan være indrettet til at reagere på en enkelt valgt gas, f.eks. kulilte eller methan, eller kan reagere på to eller flere gasser og blandinger af 20 disse.

Huset for hver detektor kan omfatte en beholder, som omslutter cellerne med porte i dens vægge, så gassen, som går ind i portene, bliver hvirvlet langsomt rundt der-25 inde, selv om huset er i en position, hvor en luftstrøm bevæger sig hurtigt forbi uden for huset.

Celletransduceren er fortrinsvis indrettet til at kunne udskiftes med f.eks. en stikmontering. Dette betyder, når 30 levetiden for transducercellen er kort, f.eks. kun nogle måneder, at celletransduceren let kan udskiftes efter behov.

Opfindelsen skal- i det følgende nærmere beskrives ved 35 henvisning til tegningen hvorpå: fig. 1 og 2 er snitbilleder af to detektorer, som ligner hinanden, og 3

DK 163613 B

fig. 3 er et skematisk kredsløbsdiagram af detektorerne.

På fig. 1 på tegningen har gasdetektoren 9 et hus 10, som omfatter en indre beholder 12 og en ydre beholder 14, idet hver beholder har seks portspalter, som ikke 5 er på linie med hinanden. Dette betyder, at når luften strømmer relativt hurtigt forbi huset 10, trænger noget af luften progressivt ind i indersiden af beholderen 12 via spalterne og hvirvler langsomt derom. Gascelle-transduceren 16 er monteret i beholderen 12 og reagerer 10 på tilstedeværelsen og koncentrationen af kulmonooxid for at ændre dens elektriske egenskaber. Et elektronisk kredsløb 18 er monteret og indkapslet i et kammer 20 over transduceren 16 og er elektrisk koblet til transduceren 16. Tre ledninger 22, 24 og 26 er forbundet til kredsløbet 18 og til en terminalblok 27.

15 Huset 10 har et låg 28, som er forsynet med et bæreøje 30, således at detektoren let kan ophænges ved et valgt sted.

I anvendelse anbringes detektoren i et valgt sted i.-en mine og står i forbindelse med et antal lignende detektorer ved en række egnede steder i et område af 20 minen. Alle detektorerne forsynes elektrisk fra en central styrestation, hvortil overvågningssignaler tilføres fra detektorerne som udtryk for koncentrationen af kulmonooxid i nærheden af de respektive detektorer. Den i fig.2 viste detektor er den samme som den i fig. 1 viste med und-25 tagelse af, at en lille ventilator 32 er fastgjort inden i låget 28. Ventilatoren 32 forsynes fra stationen via ledningen 26. Ventilatoren trækker luft ind i kammeret 12 via spalterne i beholdernes 12 og 14 vægge. Tilvejebringelsen af ventilatoren 32 gør det muligt for detektoren 30 at reagere effektivt og hurtigt på ændringer af kulmono- oxidkoncentrationen, selv når detektoren er monteret 4

DK 163613 B

5 i et område, hvor der er en ringe eller ingen luftstrøm.

Ved minedrift giver en konventionel tvungen luftventilation en passende cirkulation forbi detektoren, når den er anbragt i eller nær en hovedluftvej. Det er imidlertid muligt, at detektoren 9 er positioneret i et område med 10 relativt ringe luftcirkulation, eller luftcirkulationen kan være afbrudt for vedligeholdelse eller være ude af drift som følge af en fejl. I sådanne tilfalde sikrer ventilatoren, at der er en passende luftbevægelse, således at luften kommer ind i beholderen 12·, så den sætter transdu-15 ceren 16 i stand til at reagere på og angive tilstedevæ-• reisen af kulmonooxid.

I fig. 3 indeholder kredsløbet et forsyningskredsløb, som modtager en +15 volt javnspandingsforsyning fra en central styrestation mellem ledningerne 22 og 26. Et stabiliserings-, kredsløb 40 nedsætter spændingen til +12 volt og tilfører 20 den til et delingskredsløb, som indeholder en forstærker 42, for at tilvejebringe et falles nul, sammen med en +6 volt. og en +6 volt udgangsspænding til den øvrige del af kredsløbet.

Gascelletransduceren 16 er forbundet til en tilpasningsforstarker 44, med en modstand 46 i dens tilbagekoblingskreds-25 løb, hvilken forstærkers udgang via en forstærker 48 er forbundet til en yderligere forstærker 50, som indeholder temperaturkorrektionstilbagekobling. Yderligere forstærkere 52, 54 og 56 er serieforbundet til en strømgenerator 58, hvis udgang er forbundet til ledningen 24.

30 Indgangene til forstærkerne 52 og 54 er indstillelige for henholdsvis at andre kredsløbets nul-indstilling og arbejdsområdet. Indgange'n til forstærkeren 56 er desuden indstillelig for at tilvejebringe en forskydning af k'reds-løbets samlede udgangssignal.

35 1 det beskrevne kredsløb vælges et udgangssignalniveau, 5

DK 163613 B

som er udtryk for kulmonooxidkoncentrationen, for tilførsel gennem ledningen,24, således at udgangssignalet fra strømgeneratoren 58 er én milliapm, når koncentrationen kulmonooxid er nul. Dette svarer til et udgangssignal 5 på nul ved forstærkeren 54, således at det forskudte indgangssignal fra forstærkeren 56 skal være 1 volt.

Kredsløbets nulindstilling justeres ved ændring af en indgang til forstærkeren 52. Denne justerbare indgang skal udbalancere den lille strøm, som går igennem transdu-10 ceren 16, når der ikke er kulmonooxid til stede.

Den valgte spændvidde af detekteringen styres eller justeres ved en indgang til forstærkeren 54 og er valgt, så den er nul ved 100 dele pr. million kulmonooxid; denne spændvidde kan om nødvendigt også indstilles ved 15 ændring af modstandsværdien af modstanden 46. Efter grundindstilling af kredsløbet undersøges detektoren ved at udsætte transduceren 16 for en kendt koncentration af kulmonooxid, og spændvidden indstilles, så den passer til det valgte område.

Normalt kan hver af de ovennævnte justeringer udføres ved 20 tilvejebringelse af passende variable modstande, hvortil der kan gives adgang ved f.eks. at anvende en skruetrækker, uden beskadigelse eller forstyrrelse af indkapslingen af kredsløbet i kammeret 20.

Ved anvendelse reagerer transduceren 16, som i og for sig ikke udgør nogen del af opfindelsen, på tilstedevæ-25 reisen af kulmonooxid ved at ændre dens elektriske egen skaber, således at indgangene til forstærkeren 48 kommer ud af balance og udgangsstrømmen til strømgeneratoren 58 bliver passende reduceret. Til overvågning af minedrift vælges området som forklaret til 100 dele pr. million, således at 30 hvis koncentratioBen stiger til dette niveau, vil udgangs strømmen fra strømgenérato'ren 58 reduceres fra 6

DK 163613 B

1 milliamp. til nul.

Det er også klart, at andre kredsløb kan tilvejebringes og andre indstillinger kan anvendes i kredsløbet. Anvendelsen af en strømreduktion ved udgangen, når gaskoncentrationen vokser, foretrækkes imidlertid, fordi denne 5 medfører en sikkerhedsegenskab. Hvor flere registreringer foretages, f.eks. af kortskrivere, er fuldt udslag eller maksimal udbøjning ved gaskoncentrationen nul også fordelagtig.

Transduceren 16 stikkes i position i huset 10. Dette muliggør, at transduceren 16 let kan udskiftes. Egnede 10 transducere, som allerede er til rådighed, har en leve tid på 6-18 måneder ved minedrift og skal derfor normalt udskiftes hver 6. til 12. måned. Det er klart, at det beskrevne kredsløb gør det muligt at kalibrere hver udskiftet transducer, og man kan indstille kredsløbet, når en 15 en udskiftet transducer er indsat i huset 10 og desuden på andre tidspunkter, hvis det er nødvendigt.

Ventilatoren 32 er, når den anvendes, tilsluttet til ledningen 26 som vist med punkteret linie i fig. 3.

Som før nævnt er detektorerne passende positioneret på 20 valgte steder i et område med underjordisk arbejde; den centrale styrestation er normalt og bekvemt beliggende ved minens overflade. Ved styrestationen foretrækkes det at have et antal kortskrivere, som respektivt er koblet til hver af detektorerne for at overvåge ændringerne 25 af kulmonooxidkoncentrationen. Kortskriverne kan hver være forbundet med et alarmkredsløb og være indrettet til at tilvejebringe en lyd og/eller visuel alarm, når koncentrationen stiger til et forud bestemt niveau. Alarmkredsløbet eller et yderligere kredsløb, som er 30 indbygget med det beskrevne kredsløb i indkapslingen i kammeret 20 i hver detektor, kan være tilvejebragt til at frembringe et sådant alarmsignal. Desuden kan 7

DK 163613B

detektorerne eller alarmkredsløbet ved overfladen være forsynet med et yderligere kredsløb, som reagerer på ændringshastigheder ved kulmonooxidkoncentrationen og frembringer et yderligere alarmsignal, hvor denne 5 ændringshastighed overstiger en forud bestemt værdi.

Et telemetri system kan anvendes til at meddele størrelsen af udgangsstrømmen i strømgeneratoren 58 til den centrale styrestation. I et sådant tilfælde anvendes telemetrikæden til at effektforsyne de elektriske kreds-· 10 løb i detektorerne samt det i hver detektor anbragte telemetrikredsløb.

Overvågningen af kulmonooxid er særlig fordelagtig til at detektere antændelsen af en underjordisk brand eller endog tilstedeværelsen eller fremkomsten af brandbare tilstande, som de særlig udvikler sig i en kulmine.

15 Desuden kan tilstedeværelsen af andre gasser, f.eks.

kuldioxid, også anvendes. Imidlertid betyder en lejlighedsvis forholdsvis høj baggrundskoncentration af kuldioxid i en mine, når der ikke er brand eller brandfare, at ændringer, som er udtryk for en brand, ikke 20 er så let at skelne fra normale sikkerhedstilstande.

Ved at overvåge tilstedeværelsen af kulmonooxid, methan, eller blanding deraf, giver tilvæksten af små koncentrationer af sådanne gasser et generelt langt mere pålideligt og en meget lettere skelnelig tilstand, 25 hvorpå man hurtigt kan detektere udbruddet af en brand eller andre farlige tilstande.

Da hver beskrevet detektor i et system til overvågning af koncentrationen af gas i et underjordisk område ikke kræver en lokal effektkilde og har fjernt liggende indikatorer, f.eks. kortskrivere, kan hver detektor frem-30 stilles relativt billigt. Den fjerntliggende station frembringer ikke blot en tidlig angivelse af en brand, men den centrale overvågning af gaskoncentrationen har

DK 163613 B

8 den yderligere fordel, at fejlbehaftede eller defekte detektorer kan identificeres. Dette kan enten gøres ved at iagttage ukarakteristiske ændringer i deres overvågede udgangssignaler eller ved sammenligning af disse 5 signaler med signalerne, som tilføres fra detektorer, som er positioneret nær ved i samme område.

Systemet kan desuden anvendes til at overvåge tilstedeværelsen af eller igangsættelsen af farlige gaskoncentrationer, enten i en mine eller en lang vejtunnel, uden 10 at denne koncentration behøver at være forbundet med brand eller brandfare, men kan være farlig for helbredet..

Fortrinsvis er den centrale overvågningsstation af den art, som allerede anvendes med røgdetektorer af ioniseringstypen. De samme huse, som anvendes og løbende er 15 til rådighed for røgdetektorer, kan med fordel anvendes til detektorerne. Dette gør det muligt at massefremstille gasdetektorer .ved anvendelse af samme maskine,ri som til fremstilling af husene til røgdetek'torérne. Desuden kan gasdetektorerne indbygges, 'om ønsketj i et system, 20 som samtidig overvager 'et antal røgdetektorer og et an tal kulmonooxiddetektorer, som er fordelt i samme område.

Claims (3)

1. Gasdetektor (9), som omfatter et hus (10), en gascel-5 letransducer (16), som er monteret i huset (18), og som ændrer sine elektriske karakteristikker ved ændring af den valgte gaskoncentration i huset (10), et elektrisk overvågningskredsløb (18), som er anbragt i huset og elektrisk forbundet med transduceren (16), og som er ind-10 rettet til at frembringe overvågningssignaler svarende til den elektriske karakteristik til transduceren (16), og en fjernstyrestation, som er elektrisk forbundet med overvågningskredsløbet (18), og som tilfører strømforsyning til overvågningskredsløbet og modtager overvågnings-15 signaler, som er udtryk for gaskoncentrationen, k e n -detegnet ved, at overvågningskredsløbet (18) omfatter et kredsløb til at frembringe overvågningssignaler, som har en maximal værdi, når gaskoncentrationen er ved et forudbestemt minimum, og reduceres i værdi, når 20 gaskoncentrationen vokser imod et forudbestemt maximum, således at en fejl ved gasdetektoren eller en afbrydelse i den elektriske forbindelse imellem fjemstyrestationen og overvågningskredsløbet (18) vil bevirke en indikation ved fjernstyrestationen om en farlig gaskoncentration, 25 som således tilvejebringer en fejlsikker drift af gasdetektoren (9).

2. Gasdetektor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det elektriske overvågningskredsløb (18) omfatter en 30 strømgenerator (58), som er indrettet til at blive drevet af en forstærker (50), idet overvågningssignaleme, som tilføres af overvågningskredsløbet (18), er strømsignaler. 35

3. Gasdetektor (9) ifølge krav 1-2, kendetegnet ved, at overvågningssignalerne reduceres i størrelse fra en i forvejen indstillet maximumstørrelse, når gaskoncentrationen vokser over minimumskoncentrationen.