NL8402143A - Gasdetectoren. - Google Patents

Description

r * - 1 - ^ 4 P HP/JR/2

GASDETECTOREN

De huidige uitvinding heeft betrekking op gasdetectoren.

Gasdetectoren zijn reeds bekend, en omvatten omzettere die reageren op de aanwezigheid van één of meer geselec-5 teerde gassen met een verandering van hun elektrische karakteristieken teneinde door het elektrisch meten van dergelijke karakteristieken, de aanwezigheid en de concentratie van het gekozen gas in een omgeving te detecteren.

Het is gebruikelijk een instrument te verschaffen met een om-10 zetter, een elektrische raeetschakeling, en een plaatselijke elektrische voeding, alsook met een weergave-eenheid voor het instrument, zodat de aanwezigheid en/ook de concentratie van het gekozen gas of gassen gemakkelijk kan worden bepaald in de gekozen omgeving. Dergelijke instrumenten zijn in het bij-15 zonder, indien accuraatheid is vereist en lage concentraties van een paar delen per miljoen moeten worden gemeten, duur en niet robuust.

De huidige uitvinding heeft betrekking op het verschaffen van gasdetectoren die vergelijkenderwijs goedkoop 20 zijn en geschikt zijn voor het detecteren van lage gasconcentraties, in het bijzonder van koolmonoxide en methaan.

De gasdetectoren volgens de huidige uitvinding zijn in het bijzonder, ofschoon niet exclusief,toepasbaar voor het detecteren van de aanwezigheid van vuurhaarden of potentieel ge-25 vaarlijke concentraties in ondergrondse mijnstelsels.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een gasdetector verschaft omvattende een huis, een als gascel werkende omzetter die is aangebracht in het huis en reageert met een verandering van zijn elektrische karakteristiek, met 30 veranderingen van de concentratie van een geselecteerd gas in het huis, en een elektrische meetschakeling aangebracht in het huis, en gekoppeld met de cel, welke meetschakeling is ingericht voor het ontvangen van een elektrische voeding vanuit 8402443 % - 2 - »t % t een op afstand geplaatst besturingsstation, en voor het toevoeren van het gemëten signaal dat indicatief is voor de gasconcentratie aan het besturingsstation.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een geselecteerde gasconcentratiemetend systeem voor het 5 meten van de aanwezigheid van het gas in een omgeving verschaft, zoals een ondergronds mijnstelsel, omvattende een aantal gasdetectoren, waarbij elke detector een als gascel. werkende omzetter omvat, die in een huis is aangebracht en reageert met een verandering van zijn elektrische karakteris-10 tiek op veranderingen in de gasconcentratie in het huis, en een elektrische meetschakeling die is aangebracht in het huis, en een besturingsstation dat elektrisch is verbonden met elke detector voor het regelen van een elektrische voeding daarvan, en voor het ontvangen van meetsignalen vanaf elke detector, 15 welke signalen indicatief zijn voor de gasconcentraties in de respectieve huizen.

De als gascel werkende omzetters kunnen zodanig, zijn ingericht, dat zij reageren op een enkel gekozen gas, zoals koolmonoxyde of methaan, of kunnen reageren op twee of meer 20 gassen en mengsels daarvan.

Het huis van elke detector kan een omhulling omvatten die de cellen omgeeft, en in zijn wanden is voorzien van doorgangen voor het doorlaten van gas dat door de doorgangen heentreedt. Bij voorkeur zijn dergelijke huizen zodanig inge-25 richt, dat het door de doorgangen heentredende gang langzaam draait rond het inwendige daarvan, zelfs indien het huis in een stand is, waarbij een luchtstroom snel beweegt langs het uitwendige van het huis.

De als celwerkende omzetter is bij voorkeur zodanig 30 aangebracht^, dat hij makkelijk is te vervangen en bijvoorbeeld is voorzien van een insteekaansluiting. Dit betekent, dat indien de werkzame levensduur van de als celwerkende omzetter kort is, bijvoorbeeld slechts een aantal maanden, de als gascel werkende omzetter indien vereist gemakkelijk kan worden 35 uitgewisseld.

Een koolmonoxydegasdetector volgens de uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld worden beschreven onder verwijzing naar de begeleidende tekeningen, waarin: 8402143 r w - 3 - figuur 1 en 2 doorsnede-aanz ichten zijn van twee soortgelijke detectoren; figuur 3 een schematisch schakeldiagram is van de detectoren.

5 Onder verwijzing naar de tekening, heeft in figuur 1 de gasdetector 9 een huis 10 dat een inwendige omhulling 12 en een uitwendige omhulling 14 omvat, waarbij elke omhulling is voorzien van 6 sleufgaten die onderling niet zijn uitgericht. Dit betekent, dat indien lucht relatief snel stroomt 10 langs het huis 10 een hoeveelheid lucht voortdurend tot in het inwendige van de omhulling 12 treedt via de sleuven en langzaam daar rondwervelt. Een als gascel werkende omzetter 16 is aangebracht in de omhulling 12 en reageert op de aanwezigheid van de concentratie van koolmonoxyde door verandering van zijn 15 elektrische karakteristiek. Een elektrische schakeling 18 is aangebracht en ingekapseld' in een kamer 20 die boven de omzetter 16 is gelegen en elektrisch is gekoppeld met de omzetter 16. Drie draden 22, 24 en 26 zijn met de schakeling 18 verbonden en met het aansluitblok 27.

20 Het huis 10 heeft een deksel 28 dat is voorzien van een oog 30, zodat de detector 9 gemakkelijk kan worden opgehangen op een gekozen plaats.

Bij gebruik is de detector 9 aangebracht op een gekozen plaats in ondergrondse mijnstelsels, en. is samengevoegd 25 met een aantal soortgelijke detectoren op verschillende geschikte plaatsen in een district van het ondergrondse mijnstelsel. Alle detectoren zijn elektrisch gevoed vanuit een centraal besturingsstation, waaraan de meetsignalen worden toegevoegd vanuit de detectoren, welke signalen indicatief 30 zijn voor de concentratie koolmonoxyde in het gebied van de respectieve detectoren.

In figuur 2 is de detector gelijk aan de detector uit figuur 1 , behalve dat een kleine ventilator 32 is aangebracht in het inwendige van deksel 28.De ventilator 32 wordt ge-35 voed vanuit het station via de leiding 26, De ventilator 32 trekt lucht tot in de kamer 12 via de sleuven in de wanden van de omhullingen 12 en 14. Het aanbrengen van de ventilator 32 maakt het mogelijk dat de detector 9 efficiënt en snel kan 8402143 -, « Λ'. > - 4 - reageren op veranderingen van de koolmonoxydeconcentraties, zelfs indien de detector is aangebracht in een gebied waar een kleine of geen luchtstroom optreedt* Normaliter levert in mijngangen een conventionele geforceerde luchtventilatie een 5 adequate circulatie langs de detector, indien deze in of nabij een hoofdluchtgang is aangebracht. Het is echter mogelijk, dat de detector 9 is aangebracht in een gebied met een relatief slechte luchtcirculatie of de luchtventilatie kan voor onderhoud of vanwege een onwerkzaamheid als gevolg van een fout, 10 zijn uitgeschakeld. In dergelijke gevallen verzekerd de ventilator 32, dat er een adequate beweging van lucht is, zodat de lucht tot in de omhulling 12 treedt teneinde de omzetter te laten reageren en een detectie van koolmonoxyde mogelijk te maken.

15 Zoals onderaan in figuur 3 is te zien, wordt de elektronische schakeling van de detector gevoed via een voedingsschakeling, welke via twee leidingen 22 en 26 een ge-lijkstrome voedingsspanning van -15V van een centraal bestuurd voedingsstation krijgt toegevoerd. Deze voedingsspanning wordt 20 door een stabiliserend netwerk 40 verminderd tot -12V, welke aan een spanningsdeler met een versterker 42 voor vorming van een kunstmatig nulpunt wordt toegevoerd, waaruit voedingsspanningen van +6V en -6V voor de detectorschakeling resulteren.

25 De als gascel werkende omzetter 16 is gekoppeld met een aanpassingsversterker 44 met terugkoppeling via een weerstand 46; de uitgang van de aanpassingsversterker 44 is via een versterker 48 gekoppeld met een versterker 50 met op temperatuurcorrectie gerichte terugkoppeling. Daarna volgen 30 enige versterkers 52, 54 en 56, gevolgd door een stroomstuur-trap 58, waarvan de uitgang is verbonden met de leiding 24.

Aan de versterkers 52 en 54 zijn respectievelijk voor bijregeling van de nulpuntsinstelling van de detectorschakeling en voor instelling op wijziging van het werkgebied 35 variabele ingangsweerstanden toegevoegd. Aan de versterker 56 is een variabele instelweerstand toegevoegd, waarmee de uit-gangsspanning van de versterker kan worden verschoven.

Daarbij wordt bijvoorbeeld zodaning tewerkgegaan, 8402143 \ # - 5 - dat via de leiding 24 een uitgangssignaal wordt afgegeven, dat een aanwijzing van de koolmonoxydeconcentratie geeft, bijvoorbeeld zodanig, dat wanneer de koolmonoxydeconcentratie gelijk nul is, de door de strocmstuurtrap 58 geleverde uitgangs-5 stroom één miliampêre bedraagt. Dit komt dan overeen met een uitgangsspanning nul van de versterker 54, zodat de ver-schuivingsingangsspanning voor de versterker 56 1V dient te bedragen.

De nulpuntsinstelling voor de schakeling wordt ver-10 kregen door instelling op de juiste waarde van de variabele ingangsweerstand van de versterker 52 en dient voor vereffening van de kleine stroom, welke in afwezigheid van kool-monoxyde door de omzetter 16 vloeit.

Op soortgelijke wijze vindt de instelling van het 15 werkgebied plaats door middel van de variabele ingangsweer-stand van de versterker 54? gekozen wordt bijvoorbeeld voor nul bij 100 delen per miljoen koolmonoxyde? dit bereik kan indien gewenst ook geregeld worden door het wijzigen van de weerstandswaarde van de weerstand 46. Na een initiële instel-20 ling van de schakelaar, wordt de detector vervolgens beproefd door het blootstellen van de omzetter 16 en een bekende koolmonoxydeconcentratie en wordt het bereik geregeld zodat het overeenkomt met het gekozen bereik.

Normaliter kunnen elk van de genoemde afstellingen 25 worden uitgevoerd door de aanwezigheid van geschikte variabele weerstanden, die kunnen worden ingesteld door bijvoorbeeld een schroevedraaier te gebruiken, zonder dat beschadiging of een beïnvloeding van het kapsel van de schakeling in de kamer 20.

Bij gebruik reageert de omzetter 16 die op zich 30 geen deel vormt van de uitvinding op de aanwezigheid van koolmonoxyde door verandering van zijn elektrische karakteristiek, zodat het ingangssignaal voor de versterker 48 uit evenwicht geraakt en de uitgaande stroom naar de transformator 58 op geschikte wijze wordt verminderd. Voor het meten in mijngangen, t 35 is het gekozen bereik, zoals uiteengezet,100 delen per rail- [ joen, zodat indien de concentratie stijgt tot dit niveau de j uitgangsstroom van -de transformator 58 wordt verminderd van 1 §

miliampêre tot nul. I

i- 8402143 | - δ -

Het zal duidelijk zijn dat andere schakelopstelling-en kunnen worden verschaft en ook andere instellingen kunnen worden gebruikt in de schakeling. Het gebruik van een vermindering van de uitgangsspanning bij een toename van de gas-5 concentratie verdient echter de voorkeur, omdat dit een fail-safe kenmerk introduceert. Ook indien registraties worden gemaakt, in het bijzonder met recorders, kan een volle schaal of maximum uitslag bij een gasconcentratie die gelijk is aan nul, voordelig zijn.

10’ De omzetter 16 is in zijn stand in het huis 10 ge stoken. Dit maakt het mogelijk dat de omzetter 16 gemakkelijk kan worden vervangen. De huidige geschikte omzetters hebben een levensduur van 6-18 maanden in het milieu van mijnen, en moeten daarom normaliter elke 6—12 maanden worden ver-15 vangen. Het zal duidelijk zijn dat de beschreven schakeling het mogelijk maakt elke vervangen omzetter te ijken en de schakeling af te regelen, indien de vervangende omzetter eerst is gestoken tot in het huis 10, maar ook op andere momenten, indien dit is vereist.

20 Indien de ventilator 32 is aangebracht, is deze ver bonden met de leiding 26, zoals aangegeven met de streeplijn in figuur 3.

Zoals hiervoor is genoemd, zijn de detectoren geschikt om aangebracht te worden in gekozen, verschillende 25 plaatsen over een district van ondergrondse mijngangen; het centrale besturingsstation is gewoonlijk en gebruikelijk gelegen aan het oppervlak van de mijn. Bij het besturingsstation verdient het de voorkeur dat een aantal recorders respectievelijk zijn gekoppeld met elk van de detectoren voor het regi-30 streren van de veranderingen van de concentraties kool-monoxyde. Elke recorder kan worden gekoppeld met een alarm-schakeling die zodanig is ingericht voor het leveren van een hoorbaar en/of zichtbaar alarm, indien de concentratie een vooraf bepaald niveau overschrijdt. De alarmschakeling, of een 35 extra schakeling die is opgenomen in de beschreven elektrische schakeling in het kapsel van de kamer 20 van elke detector, kan worden ingericht voor het leveren van een dergelijk alarmsignaal. Verder kunnen.de detectoren of de alarmschakeling aan 8402143 » - 7 - het oppervlak worden voorzien van een additionele schakel-opstelling die reageert op snelheidsveranderingen van de koolmonoxyde concentratie en een additioneel alarmsignaal produceert, indien deze snelheid een vooraf bepaalde snelheid over-5 schrijdt.

Een telemetrisch systeem kan worden gebruikt voor het overdragen van de grootte van de uitgangsstroom van de transformator 58 aan het centrale besturingsstation. In een dergelijk geval wordt de telemetrische verbinding gebruikt 10voor het voeden van de elektrische schakelingen van de detectoren, alsook voor het afstand meten van de signalen verschaft door elke detector.

Het meten van koolmonoxyde is in het bijzonder voordelig voor het meten van het begin van een ondergrondse vuur-15 haard of zelfs de aanwezigheid of het voorkomen van vuurge-vaarlijke condities welke zich in het bijzonder ontwikkelen in een kolenmijn. Ofschoon de aanwezigheid van andere gassen, bijvoorbeeld kooldioxyde, ook kan worden gebruikt. De toevallige, totale, vergelijkenderwijs hoge achtergrondconcen-20tratie van kooldioxyde in een mijn, zelfs indien er geen vuur of vuurgevaar aanwezig is, betekent dat veranderingen die indicatief zijn voor een vuurhaard niet zo gemakkelijk zijn te onderscheiden van de.normale, veilige omstandigheden. Door het meten van de aanwezigheid van koolmonoxyde, methaan, of een 25mengsel daarvan, levert het begin of de toename van kleine concentraties van dergelijke gassen en in het algemeen meer betrouwbare en meer gemakkelijk te onderscheiden conditie, maar ook snel het uitbreken van een vuur of andere gevaarlijke omstandigheden.

30 Aangezien elke beschreven detector in een systeem voor het meten van de gasconcentratie in een ondergronds district niet een plaatselijke spanningsbron vereist en op afstand geplaatste indicatoren heeft, bijvoorbeeld recorders, kan elke detector relatief goedkoop worden vervaardigd. Boven-35 dien geeft een op afstand geplaatst station niet alleen snel een vroege indicatie voor een brand maar heeft het centraal meten van de gasconcentratie het toegevoegde nadeel dat fouten of onwerkzame detectoren kunnen worden worden geïndentifi- 8402143 *

Φ V

> - 8 - ceerd. Dit kan worden gedaan door ofwel niet karakteristieke veranderingen in hun uitgangsmeetsignaal waar te nemen, of door deze signalen te vergelijken met signalen geleverd door in de nabijheid in hetzelfde district geplaatste detectoren.

5 Het systeem kan ook worden gebruikt voor het meten van de aanwezigheid of het begin van gevaarlijke gasconcentratie ofwel in een mijn of zelfs in lange tunnels, die niet gekoppeld behoeven te zijn met brand of brandgevaar, maar kunnen zijn gekoppeld met voor de gezondheid schadelijke con-10 dities.

Bij voorkeur is het centrale meetstation van het type dat reeds gebruikt wordt met rookdetectoren van het ioni-satietype. Verder kan het voordelig zijn dezelfde huizen voor de detectoren te gebruiken, als die worden gebruikt en reeds 15 beschikbaar zijn voor dergelijke rookdetectoren. Dit maakt het mogelijk de gasdetectoren in grote aantallen te produceren door gebruik te maken van dezelfde machines als voor het vervaardigen van de huizen van de rookdetectoren. Bovendien kunnen de gasdetectoren indien gewenst, worden opge-20 nomen in een systeem dat een aantal rookdetectoren en een aantal koolmonoxydedetectoren die in hetzelfde district verdeeld zijn opgesteld, indien gewenst tegelijkertijd volgen.

8402143

Claims (7)

1. Gasdetector omvattende een huis, een als gascel werkende omzetter die is aangebracht in het huis en reageert met een verandering van zijn elektrische karakteristiek, met veranderingen van de concentratie van een geselecteerd gas in 5 het huis, en een elektrische meetschakeling aangebracht in het huis, en gekoppeld met de cel, welke meetschakeling is ingericht voor het ontvangen van een elektrische voeding vanuit een op afstand geplaatst besturingsstation, en voor het toevoeren van het gemeten signaal dat indicatief is voor de gas- 10 concentratie aan het besturingsstation.

2. Gasdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de als gascel werkende omzetter is ingericht om te reageren op veranderingen in de koolmonoxydeconcentraties in het huis.

3. Gasdetector volgens conclusie! of 2, met het kenmerk dat het huis een omhulling omvat, die de als gascel werkende omzetter omgeeft, en in de wanden daarvan doorgangen heeft voor het door de doorgangen laten binnentreden van het gas.

4. Gasdetector volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het huis twee, de één binnen de ander, aangebrachte omhullingen omvat, en de in de wanden daarvan aangebrachte doorgangen niet zijn uitgericht voor het verschaffen van een kronkelige baan voor de tot In het inwendige van de binnenste om- 25 hulling die de als gascel werkende omzetter omgeeft, tredende lucht.

5. Gasdetector volgens êên van de conclusies 1-4, met het kenmerk dat de als gascel werkende omzetter losmaakbaar is aangebracht in het huis. 30 5· Gasdetector volgens een van de conclusies 1-6, gekenmerkt door een in het huis aangebrachte ventilator voor het tot in de detector in de richting van de als gascel werkende omzetter, zuigen van lucht. 8402143 - 10 - *β

7. Een geselecteerde gasconcentratiemetend systeem voor het meten van de aanwezigheid van het gas in een omgeving, zoals een ondergronds mijnstelsel, omvattende een aantal gasdetectoren, waarbij elke detector een als gascel 5 werkende omzetter omvat, die in een huis is aangebracht en reageert met een verandering van zijn elektrische karakteristiek op veranderingen in de gasconcentratie in het huis, en een elektrische meetschakeling die is aangebracht in het huis, en een besturingsstation dat elektrisch is verbonden met elke 10 detector voor het regelen van een elektrische voeding daarvan, en voor het ontvangen van meetsignalen vanaf elke detector, welke signalen indicatief zijn voor de gasconcentraties in de respectieve huizen.

8. Gasdetector in hoofdzaak beschreven met ver-15 wijzing naar êên of meer figuren 1-4 van de begeleidende tekeningen. 9* Een geselecteerde gasconcentratiemetend systeem, in hoofdzaak beschreven onder verwijzing naar één of meer van de figuren 1 - 4 van de begeleidende tekeningen. 8402143