NO161197B - Gassdetektor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår gassdetektorer av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Gassdetektorer er allerede kjent innbefattende transdusere

som reagerer på tilstedeværelsen av en eller flere valgte gasser for å endre deres elektriske karakteristikk for derved å muliggjøre, ved elektrisk overvåkning av slike karakteristikker, detektering av tilstedeværelsen og konsentrasjonen av den valgte gassen i en omgivelse. Det er vanlig å tilveiebringe et instrument som har en transduser, en elektrisk overvåkningskrets og en lokal elektrisk strømforsyning så vel som et display for instrumentet slik at tilstedeværelsen og/eller konsentrasjonen av den valgte gassen eller gassene kan lett bli bestemt i en valgt omgivelse. Slike instrumenter har en tendens til å bli dyre og lite robuste, spesielt når nøyaktighet er nødvendig og det er ønskelig å måle lave konsentrasjoner, et par deler pr. million.

Foreliggende oppfinnelse angår tilveiebringelsen av gassdetektorer som er forholdsvis billige og som kan anvendes ved detektering av lave konsentrasjoner med gass, spesielt kulloksyd og metan. Gassdetektorer ifølge foreliggende oppfinnelse har spesiell, om ikke utelukkende, anvendelse ved detektering av utførelsen av brann eller potensielle farlige forhold ved gruvearbeid.

Fra f.eks. TJS-patent nr. 3 041 590, 2 441 677 og 1 876 706 er

det kjent gassdetektorer omfattende et hus med innmontert gasscelletransduser med en elektrisk karakteristikk som varierer med konsentrasjonen av valgt gass, f.eks. karbonoksyd i huset og med en elektrisk overvåkningskrets anbrakt i huset.

Fra f.eks. US-patent nr. 4 390 869 og 4 088 985 er det også kjent at slike gassdetektorer kan tilknyttes en fjerntliggende stasjon som leder strøm til detektorene og mottar overvåkningssignaler fra detektoren.

Disse motholdene sikrer imidlertid ikke at en feil ved gassdetektoren eller overvåkningskretsen eller ødeleggelse av forbindelsen mellom gassdetektoren og fjernstyrestasjonen vil bli tolket som en farlig gasskonsentrasjon. Foreliggende oppfinnelse har videre til formal å kunne brukes spesielt innenfor gruveteknikk hvor det er nødvendig med en robust anordning som virker under disse strenge omgivelsesbetingel-sene.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av en gassdetektor av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige kravene.

Gasscelletransduserne kan være anordnet for å reagere på en enkel valgt gass, slik som kulloksyd eller metan, eller kan reagere på to eller flere gasser og blandinger av disse.

Huset til hver detektor kan innbefatte en omhylling som omgir cellene som har porter i dens vegger for å tillate gassen å gå inn gjennom portene. Slike hus er fortrinnsvis anordnet, slik at gassen som går inn i portene blir virvlet langsomt rundt der inne, selv om huset er i en posisjon hvor en luftstrøm beveger seg hurtig forbi utenfor huset.

Celletransduseren er fortrinnsvis anordnet for lett å kunne skiftes med f.eks. en innplugg-innretning. Dette betyr at hvor driftstiden for en celletransduser er kort, f.eks. kun et par måneder, kan celletransduseren lett bli skiftet ut.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av eksempel med henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 og 2 viser snitt av to like detektorer.

Fig. 3 viser et skjematisk kretsdiagram av detektorene.

Med henvisning til fig. 1 har gassdetektoreh 9 et hus 10 som innbefatter en indre omhyll ing 12 og en ytre omhyll ing 14, idet hver omhyll ing har seks portåpninger som ikke er innrettet i forhold til hverandre. Dette betyr at når luft strømmer relativt hurtig forbi huset 10, vil noe av luften gå progressivt inn i omhyllingen 12 via spaltene, og virvle langsomt rundt der inne. En gasscelletransduser 16 er montert i omhyllingen 12 og reagerer på tilstedeværelsen og konsentrasjonen av karbonoksyd for å endre dens elektriske karakteristikker. En elektrisk krets 18 er montert og innkapslet i et kammer 20 over transduseren 16 og er elektrisk forbundet med transduseren 16. Tre ledninger 22, 24

og 26 er forbundet med kretsen 18 og med en terminalblokk 27.

Huset 10 har et lokk 28 forsynt med et bæreøye 30 slik at detektoren 9 lett kan bli opphengt ved et ønsket sted. (

Ved bruk er detektoren 9 anbrakt på et valgt sted ved underjordisk arbeid, og forbundet med et antall like detektorer ved forskjellige egnede steder i området hvor det underjordiske arbeidet foregår. Alle detektorene er elektrisk strømforsynt fra en sentral kontrollstasjon, til hvilken stasjon overvåkningssignaler blir tilført fra detektorene for å angi konsentrasjonen av kulloksyd i området til de respektive detektorene.

På fig. 2 er detektoren den samme som på fig. 1 med unntak av

at en liten vifte 32 er anbrakt inne i lokket 28. Viften 32 får strømforsyning fra stasjonen via ledningen 26. Viften 32 trekker luft inn i kammeret 12 via spalten i veggen til omhyllingene 12 og 14. Anbringelsen av viften 32 gjør det mulig for detektoren 9 å reagere virkningsfullt og hurtig på endringer i kulloksydkonsentrasjonen, selv om detektoren er anbrakt i et område hvor der er liten eller ingen luftstrøm. Ved gruvearbeid er det normalt konvensjonell luftventilasjon, som gir en adekvat sirkulasjon forbi detektoren når denne er

anbrakt ved eller nær en hovedluftstrøm. Det er Imidlertid mulig at detektoren 9 er anbrakt i et område med relativt dårlig luftsirkulasjon eller luftventilasjonen kan bli slått av for vedlikehold eller har sluttet å virke på grunn av feil. I slike tilfeller sikrer viften 32 at en tilstrekkelig luftbevegelse er tilstede, slik at luften går inn i omhyllingen 12 for å muliggjøre at transduseren 16 reagerer på og tilveiebringer detektering av kulloksyd.

På fig. 3 innbefatter kretsen en strømforsyningskrets som mottar en -15 volts likestrøm fra en sentral styrestasjon mellom linjene 22 og 26. Et stabiliseringsnettverk 40 reduserer spenningen til -12 volt og tilfører en delerkrets, innbefattende en forsterker 42, for å tilveiebringe en vanlig null, sammen med en +6 volt og en -6 volt utgang for den øvrige kretsen.

Gasscelletransduseren 16 er forbundet med en tilpasningsfor-sterker 44 med en motstand 46 i dens tilbakekoblingskrets, hvis utgang er forbundet over en forsterker 48 med en ytterligere forsterker 50 som utgjør temperaturkorreksjons-tilbakekoblingen. Ytterligere forsterkere 52, 54 og 56 er forbundet i serie med en strømdriver 58, hvis utgang er forbundet med ledningen 24.

Inngangen til forsterkerne 52 og 54 er justerbare for å endre nullinnstillingen til kretsen og områdebredde henholdsvis. Inngangen til forsterkeren 56 er justerbar for å tilveiebringe en forskyvning av den totale utgangen til kretsen.

Ved den beskrevne kretsen er et utgangssignal for tilførsel langs ledningen 24 valgt, for angivelse av kulloksydkonsentrasjonen, slik at når konsentrasjonen av kulloksyden er null er utgangen til strømdriveren 58 en mi11lamper. Dette korresponderer med et nullutgangssignal ved forsterkeren 54, slik at forskyvningsinngangen til forsterkeren 56 må være 1 volt.

NullInnstill ingen for kretsen blir justert ved å endre en inngang til forsterkeren 52. Justerbar inngang er nødvendig for å balansere den vesle strømmen som flyter gjennom transduseren 16, når ingen kulloksyd er tilstede.

Den valgte deteksjonsspennvidden blir styrt eller justert ved hjelp av inngangen til forsterkeren 54 og er valgt til å være fra null til 100 deler pr. million med kulloksyd. Denne spennvidden kan også bli justert dersom nødvendig ved å endre motstandsverdien for motstanden 46. Etter startinnstillingen av kretsen, blir detektoren så testet ved å underkaste transduseren 16 en kjent konsentrasjon med kulloksyd og spennvidden Justert for å passe det valgte området.

Normalt kan hver av nevnte justeringer bli utført ved anbringelse av egnede variable motstander som kan bli justert ved hjelp av f.eks. en skrutrekker uten å ødelegge eller interferere med kretsens Innkapsling I kammeret 20.

Transduseren 16 som i og for seg ikke danner noen del av oppfinnelsen, reagerer ved bruk på tilstedeværelsen av kulloksyd for å endre dens elektriske karakteristikk, slik at dens inngangssignal til forsterkeren 48 blir ute av balanse og utgangsstrømmen til strømdriveren 58 reduseres tilsvarende. For overvåkning av gruvearbeid, er som nevnte det valgte området 100 deler pr. million, slik at dersom konsentrasjonen stiger til dette nivået, reduseres ut-gangsstrømmen til strømdriveren 58 fra en 1 milliamper til null. Det skal bemerkes at andre kretsanordninger kan bli anordnet og også andre Innstillinger anvendt ved kretsen. Bruken av en reduserende strømutgang som gasskonsentra-sjonsøknlng er imidlertid foretrukket på grunn av at dette medfører et feilsikkert trekk. Hvor opptegninger blir gjort, spesielt ved kartopptegninger, er også fullskala eller maksimal avbøyning ved null gasskonsentrasjon fordelaktig. Transduseren 16 er plugget inn i huset 10. Dette muliggjør en hurtig utskiftning av transduseren 16. Egnede transdusere har en levetid på 6 til 18 måneder i gruveomgivelser og må derfor bli erstattet normalt hver 6. til 12. måned. Det skal bemerkes at den beskrevne kretsen muliggjør kalibrering av hver utskiftet transduser og kretsjustering når den utskif-tede transduseren først er plugget inn i huset 10 og også ved andre tidspunkter om nødvendig.

Viften 32 er antydet på fig. 3 med prikket linje at den er forbundet med ledningen 26.

Som nevnt tidligere er detektorene fortrinnsvis anbrakt på valgte forskjellige steder gjennom et område med underjordisk arbeid, idet sentralstyrestasjonen normalt og fortrinnsvis er anbrakt ved gruvens overflate. Ved styrestasjonen er det fortrinnsvis et antall kortopptegnere koblet til hver av detektorene for å overvåke konsentrasjonen med kulloksyd. Kortopptegnerne kan hver være forbundet med en alarmkrets og anordnet for å tilveiebringe en hørbar og/eller synlig alarm når konsentrasjonen stiger til et forutbestemt nivå. Alarmkretsen eller en ytterligere krets anbrakt med den beskrevne elektriske kretsen i omkapslingen til kammeret 20 i hver detektor, kan være anordnet for å frembringe et slikt alarmsignal. Detektorene eller alarmkretsen ved overflaten kan dessuten være forsynt med en ytterligere kretsanordning som reagerer på endringsstørrelsen av karbonoksydkonsentra-sjonen og frembringer et ytterligere alarmsignal alltid når denne størrelsen overskrider en forutbestemt størrelse.

Et telemetrisystem kan bli anvendt for å kommunisere utgangsstrømstørrelsene i strømdriveren 58 med sentralstyre-stas jonen. Telemetreringsoverføring ble anvendt for å gi energi til den elektriske kretsen i detektoren såvel som telemetreringskretsen anordnet ved hver detektor i slike tilfeller.

Overvåkning av kulloksyd er spesielt fordelaktig for detektering av begynnelsen av en underjordisk brann eller også ved tilstedeværelsen eller forekomsten av brannfarlige betingelser, slik som de spesielt utvikler seg ved en kullgruve. Tilstedeværelsen av andre gasser, f.eks. kulldioksyd kan også bli anvendt. Tilfeldig totalt forholdsvis høy bakgrunnskonsentrasjon av kulldioksyd i en gruve, selv om der ikke er noen brann eller brannfare, betyr at endringer som angir en brann ikke er så lett skillbar fra normale sikkerhetsforhold. Ved overvåkning av tilstedeværelsen av karbonoksyd, metan eller blandinger derav, er begynnelsen og økningen av små konsentrasjoner av slike gasser en generelt mye mer pålitelig og mye enklere adskillbar tilstand hvor det kan hurtigere detekteres utbruddet av en brann eller andre farlige forhold.

Da hver beskrevet detektor i et system for overvåkning av konsentrasjonen med gass i et underjordisk distrikt ikke krevet en lokal energikilde og har fjerntliggende indika-torer, kortopptegnere f.eks., kan hver detektor være relativt billig. Fjernstasjonen tilveiebringer dessuten ikke bare lett en tidlig indikasjon på en brann, men den sentrale over-våkningen av konsentrasjonen av gass har dessuten den fordelen at feil eller ikke-operative detektorer kan bli identifisert. Dette kan bli gjort enten ved å observere ukarakteristiske endringer i deres utgangssignaler, eller ved å sammenligne disse signalene med signalene tilført fra detektorer anbrakt nær samme området.

Systemet kan også bli anvendt for å overvåke tilstedeværelsen eller begynnelsen av farlige gasskonsentrasJoner enten i gruven eller også i lange veitunneler som ikke må være forbundet med brann eller brannfare, men kan være forbundet med helsemessig farlige forhold.

Den sentrale overvåkningsstasjonen er fortrinnsvis av den typen som er anvendt ved røkdetektorer, nemlig ioniserings-typen. Dessuten kan husene for detektorene være de samme som for røkdetektorer. Dette muliggjør fremstilling av gassdetektorer i større mengder ved å anvende samme maskin som frembringer hus for røkdetektorer. Gassdetektorene kan dessuten om ønskelig være anbrakt i et system som overvåker et antall røkdetektorer og et antall kulloksyddetektorer fordelt i samme området om ønskelig.

Claims (3)

1. Gassdetektor som innbefatter et hus, en gasscelletransduser montert i huset og som endrer sine elektriske karakteristikker med endring av den valgte gasskonsentrasjonen i huset, en elektrisk overvåkningskrets anbrakt i huset og elektrisk forbundet med transduseren som er anordnet for å frembringe overvåkningssignaler tilsvarende den elektriske karakteri-stikken til transduseren, og en fjernstyrestasjon elektrisk forbundet med overvåkningskretsen som tilfører strømforsyning for overvåkningskretsen og mottar overvåkningssignalene indikative for gasskonsentras]onen, karakterisert ved at overvåkningskretsen innbefatter en krets for å frembringe overvåkningssignaler som har en maksimums-verdi når gasskonsentras;]onen er ved et forutbestemt minimum og reduseres I verdi når gasskonsentrasjonen øker mot et forutbestemt maksimum, slik at en feil ved gassdetektoren eller et avbrudd i den elektriske forbindelsen mellom fjernstyrestasjonen og overvåkningskretsen vil bevirke en Indikasjon ved en fjernstyrestasjon om en farlig gasskonsentrasjon, som således tilveiebringer en feilsikker operasjon av gassdetektoren.

2. Gassdetektor ifølge krav 1,karakterisert ved at den elektriske overvåkningskretsen innbefatter en strømdriver anordnet for å bli drevet av forsterkeren, idet overvåkningssignalene tilført av overvåkningskretsen er strømsignaler.

3. Gassdetektor ifølge krav 1-2, karakterisert ved at overvåkningssignalene reduseres i størrelse fra en forhåndsinnstilt maksimumsstrømstørrelse når gasskonsentrasjonen øker over minimumskonsentrasjonen.