PL164008B1

PL164008B1 - Sposób okreslania stezenia gazu palnego PL PL PL

Info

Publication number: PL164008B1
Application number: PL90284673A
Authority: PL
Inventors: Antoinette Accorsi; Andree Wattier; Marc Kazmierczak
Original assignee: Charbonnages De France
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1994-06-30
Also published as: FR2645646B1; JP2942624B2; RO107036B1; WO1990012313A1; ES2073570T3; CA2049330A1; CA2049330C; ATE124139T1; ZA902448B; US5234837A; JPH04504618A; CS173890A2; YU67390A; EP0466831B1; FR2645646A1; EP0466831A1; DE69020343T2; DE69020343D1; AU5535390A

Abstract

1. Sposób okreslania stezenia gazu palnego w osrodku gazowym, w którym podczas f a zy nagrzewania wywoluje sie w elemencie rezystancyjnym, umieszczo- nym w tym osrodku gazowym, przeplyw pradu grzejnego az do uzyskania zadanej temperatury katalizy spalania gazu pal nego przez powierzchnie katalityczna elementu rezystancyjnego, a podczas fazy pomiaru dokonuje sie pomiaru parametru elektrycznego zaleznego od stezenia gazu, korzystnie rez ystancji elementu rezystancyjnego, oraz oznacza sie mierzone stezenie gazu na podstawie zaleznosci funkcyjnej od tego parametru, przy czy m pomiar wykonuje sie periodycznie, po czym w fazie schladzania zmniejsza sie moc pradu az do uzyskania temperatury spoczynkowej, znam ienny tym , ze faze nagrzewania i faze pomiaru przeprowadza sie w lacznym czasie krótszym od jednej sekundy, korzystnie krótszym od 0,5 sekundy, a stezenie gazu palnego wyznacza sie po stabilizacji napiecia na zaciskach elementu rezystan- cyjnego, przy c z y m podczas fazy nagrzewania do ele- mentu rezystancyjnego doprowadza sie prad grzejny o znacznie wiekszej mocy niz moc pradu podczas fazy pomiaru, z naglym spadkiem pomiedzy faza nagrzewa- nia i faza pomiaru. F IG . 4 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania stężenie gazu palnego w ośrodku gazowym, takim Jak powietrze.

Znany Jest sposób wykrywania obecności gazu palnego w powietrzu, polegający na tym, że stosuje się czujnik z platynowym drutem katalitycznym, który nagrzewa się w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Gaz palny, znajdujący się w otaczającym powietrzu, utlenia się katalitycznie, stykając się z drutem, przez co drut dodatkowo nagrzewa się. Przez podwyższenie temperatury powoduje się zwiększenie rezystancji drutu, której wartość, określana bezpośrednio lub pośrednio. Jest proporcjonalna do stężenia gazu palnego w powietrzu.

Znane jest z francuskiego opisu patentowego nr 1 444 771 urządzenie do określania stężenia gazu w powietrzu, oparte na pomiarze napięcia elektrycznego na zaciskach jednej przekątnej mostka rezyetancyjnego utworzonego przez drut detekcyjny i drut kompensacyjny, połączone równolegle z dwoma rezystancjami, z których jedna jest regulowana.

Znane są z francuskiego opisu patentowego nr i 577 448 sposób i urządzenie do pomiaru parametrów danego ośrodka gazowego, w których parametr ten określa się na podstawie pomiaru parametru zależnego od zasilania drutu detekcyjnego, którego rezystancja jest utrzymywane Jako równa rezystancji drutu kompensacyjnego. Znane są z francuskiego opisu patentowego nr i 576 576 sposób i urządzenie do określania stężenia gazu palnego, w których utrzymuje się w przybliżeniu stałe napięcie elektryczne na końcach drutu, pomimo zmian rezystancji drutu powodowanych jego zużyciem lub obecnością gazu palnego. Znany jest także z francuskiego opisu patentowego nr i 579 535 układ stabilizacji napięcia, który zapewnia zasilanie drutów detekcyjnych w przybliżeniu stałym napięciem. Znane są ponadto z francuskiego opisu patentowego nr 2 537 722 sposób i urządzenie pomiarowe eliminujące wpływ dyfuzji gazów palnych w powietrzu, w których określa się zmiany parametru zależnego od zasilania drutu, regulowanego tak, aby utrzymywać stałą rezystancję drutu.

W przypadku określania stężenia metanu w kopalni przy użyciu drutu Jako katalizatora spalania metanu występuje wada polegająca na szybkim zużywaniu się drutu i dużym poborze energii elektrycznej, co zmusza do pomiaru nieciągłego i zwiększa czas reakcji urządzenia.

Znany jest także sposób określania stężenia gazu palnego, w którym stosuje się cząstki katalityczne tworzące detektor metaliczny, na przykład platynowy, powleczony domieszkowanym tlenkiem glinowym i mający wygląd małej perły. Zastosowanie takiego katalizatora umożliwia ciągłą kontrolę stężenia gazu palnego dzięki wolniejszemu zużywaniu się pręta w związku z niższą temperaturę spalania. Jednak ten katalizator wykazuje znaczne zmiany czułości, mniejszą stabilność i dłuższy czas reakcji.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 475 378 dwufazowy sposób określania stężenia gazu palnego w powietrzu przy użyciu detektora. W pierwszej fazie detektor zasila się niskim napięciem i zasilanie przerywa się,a alarm włącza się, gdy wykrywa się sygnał dodatni. W drugiej fazie, jeżeli sygnał wykrywany w pierwszej fazie Jest ujemny lub równy zero, detektor zasila się drugim, wyższym napięciem. Sygnał porównuje się z określonym zakresem i gdy nie jest on zawarty w tym zakresie, włącza się alarm. Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 538 448 sposób określania szybkości wybuchu środka gazowego przy pomocy drutu detekcyjnego, który ogrzewa się w tym środku gazowym przez płynący w nim prąd elektryczny. Drut detekcyjny zapala się przez dołączenie do zasilacza a energię dostarczoną do drutu reguluje się tak, że utrzymuje się jego rezystancję stałą. W kilku kolejnych momentach dokonuje się pomiaru napięcia zależnego od zasilania doprowadzanego do pręta i tworzy się z nich krzywą umożliwiającą określenie szybkości wybuchu gazu.

Sposób według wynalazku polega na tym, że fazę nagrzewania i fazę pomiaru przeprowadza się w łącznym czasie krótszym od jednej sekundy, korzystnie krótszym od 0,5 sekundy, a stężenie gazu palnego wyznacza się po stabilizacji napięcia na zaciskach elementu rezystacyjnago, przy czym podczas fazy nagrzewania do elementu rezystancyjnego doprowadza się prąd grzejny o znacznie większej mocy niż moc prądu podczas fazy pomiaru, z nagłym spadkiem pomiędzy fazą nagrzewania i fazą pomiaru.

164 008

Stosuje eię moc w fazie nagrzewania w zakresie 1-3 razy większą od mocy w fazie pomiaru. Stosuje się łączny czas trwania fazy nagrzewania i fazy pomiaru korzystnie krótszy od 300 ma. Stosuje się czas trwania fazy nagrzewania korzystnie krótszy od 200 ms.

Konieczne jest, gdy dokonuje się pomiar częściej niż co 4 sekundy. Stosuje się temperaturę pomiaru w zakresie 570-1100°C przy stosowaniu platynowego elementu rezyetancyjnego do określania stężenia metanu. Stosuje się temperaturę pomiaru korzystnie równą w przybliżeniu 1000°C.

Podczas fazy nagrzewania stosuje się korzystnie prąd o stałym natężeniu. Podczas fazy schładzania przerywa prąd elektryczny zasilania.

Temperaturę podczas fazy pomiaru utrzymuje się względem temperatury fazy schładzania w stosunku zawartym w zakresie od 1,1 do 4.

Podczas fazy pomiaru określa się rodzaj gazu na podstawie pomiaru czasu równoważenia cieplnego czujnika oraz zależności funkcyjnej pomiędzy czasem równoważenia cieplnego czujnika a stężeniem gazu palnego, ustalonych dla różnych wilgotności powietrza i różnych gazów.

Zaletę sposobu według wanalazku jest uzyskanie mniejszej szybkości zużywania się drutu detekcyjnego.mniejszego poboru energii elektrycznej i skrócenie czasu reakcji. W fazie schładzania można przerwać wszelkie zasilanie elektryczne.

Dzięki wynalazkowi uzyskuje się mniejsze straty cieplne, w szczególności straty przez przewodzenie wzdłuż nośników elementu rezastancajnego lub wzdłuż elementu rezystancyjnego.

Drut detekcyjny wytrzymuje prąd o dużym natężeniu a reakcja katalityczna z gazem powstaje po bardzo krótkim czasie, około 0,15 sekund.

Dzięki sposobowi według wynalazku temperatura konieczne do utleniania gazu jest osiągana bardzo szybko, ograniczając straty cieplne, co znacznie zmniejsza pobór energii elektrycznej. Utlenianie gazu nie zmienia równowagi cieplnej czujnika z jego otoczeniem i czas reakcji jest krótszy. Czujnik działa przy każdym pomiarze krócej w wysokiej temperaturze, co zwiększa jego trwałość. Możliwe jest zatem zwiększenie ilości pomiarów i dokonywanie ich w krótszych odstępach czasu, np. co 3 sekundy a nawet częściej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w oparciu o przykładowy układ pomiarowy przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny układu pomiarowego do realizacji sposobu określania stężenia gazu palnego, fig. 2 - schemat układów regulacji zasilania przedstawionych na fig. 1, fig. 3 - inny przykład wykonania układu z fig. 2, fig. 4 - przebieg prądu czujnika i napięcia na czujniku w funkcji czasu, fig. 5 - przebieg rezystancji czujnika w funkcji czasu, fig. 6 - wykres napięcia na czujniku w funkcji stężenia palnego, fig. 7 - wykres napięcia na czujniku w funkcji stężenia różnych gazów w powietrzu suchym i w powietrzu wilgotnym, fig. 8 - wykres napięcia na czujniku w funkcji stężenia różnych gazów w powietrzu suchym, fig. 9 - wykres czasu równoważenia czujnika w funkcji stężenia różnych gazów w powietrzu suchym, fig. 10 - wykres analogiczny do wykresu na fig. 9 dla gazów w powietrzu wilgotnym, fig. 11 - wykresy czasów równoważenia czujnika w funkcji stężenia gazów w powietrzu suchym i w powietrzu wilgotnym oraz fig. 12 - wykres czasu równoważenia czujnika w funkcji napięcia na czujniku w powietrzu suchym i w powietrzu wilgotnym.

Figura 1 przedstawia układ pomiarowy 1 do określania stężenia gazu palnego, zawierający detekcyjny element rezastancajna 2 z powierzchnią katalityczną, tworzący czujnik umieszczony w kontrolowanym ośrodku gazowym, np. w komorze pomiarowej 3 połączonej z otoczeniem.

Elementem rezystancyjnym 2 jest na przykład drut platynowy zwinięty w spiralę o średnicy 80 μα i długości 1 cm. W innym przykładzie wykonania element rezystancyjny ma postać perły. Powierzchnia katalityczna elementu rezystancyjnego może być wykonana z materiału innego niż pozostała część elementu.

Do zacisków elementu rezystancyjnego 2 jest dołączony układ regulacji 4 zasilania elementu rezystancyjnego 2, służący do utrzymywania stałej wartości rezystacncji. Do elementu

164 008 rezyatancyjnego 2 jest dołączony kompensacyjny element rezystancyjny 5, identyczny jak detekcyjny element rezystancyjny 2 i do którego zacisków jest dołączony drugi układ regulacji 6 tego samego typu. Jak układ regulacji 4. Element rezystancyjny 5 jest umieszczony w komorze pomiarowej 7 analogicznej do pierwszej komory pomiarowej 3. Element rezystancyjny 5 eliminuje wpływ temperatury otoczenia i zużycia drutu detekcyjnego.

Do elementów rezystancyjnych 2 i 5 jest dołączony wzmacniacz operacyjny 10 o współczynniku wzmocnienia A, którego sygnał wyjściowy U reprezentuje różnicę napięć U_Q i U_cotrzymywanych na zaciskach elementu rezystancyjnego 2 i elementu rezystancyjnego 5. Sygnał wyjściowy U jest doprowadzany na przykład do przyrządu takiego jak oscyloskop, pamięć lub komparator przystosowany do włączenia alarmu przy przekraczaniu przez sygnał zadanej wartości progowej.

Układy regulacji 4 i 6 są zasilane z układu 11 zawierającego zasilacz 12 wytwarzający na wyjściu napięcie 5 V oraz zawierającego dołączony do wyjścia zasilacza 12 generator impulsowy 13 do programowania czasu próbkowania i czasu spoczynkowego.

Figura 2 przedstawia przykład wykonania układów regulacji 4 i 6. Każdy z układów regulacji 4 i 6 zawiera mostek rezystancyjny zasilany za pośrednictwem tranzystorów przez generator impulsowy 13 włączony między punktami A i B i dostarczający napięcie równe przynajmniej 1 V.

Obok każdego elementu jest podana jego wartość przy zastosowaniu jako elementu detekcyjnego zwykłego drutu platynowego o długości 1 cm i średnicy 80 μα.

Układ ten przyspiesza nagrzewanie drutów, ponieważ utrzymuje je pod napięciem wstępnym aż do osiągnięcia wymaganej temperatury. Wzmacniacz operacyjny A.O.3 jest włączony w układzie różnicowym, przy czym pojemność C3 eliminuje częstotliwości zakłócające większe od Hz. Oba układy regulacji 4 i 6 są identyczne. Poniżej zostanie omówione działanie pierwszego z nich.

Poziom wysoki lub brak sygnału na zacisku A wprowadza tranzystor T1 w stan przewodzenia. Tranzystory T2 i T3 wówczas nie przewodzą i przez elementy rezystancyjne nie płynie prąd.

Poziom niski na zacisku A wprowadza tranzystor Tl w etan nieprzswodzenia. Tranzystory T2 i T1 eterowaee przez wmmanniccz opeaccyjny A.O.1 regulują prąd w moetku rezyetancyjnym utworzonym przpe elementy pezystmncyjne P1, R6, R7, R9, RD. Regulację przeprowadza się

DO . 07 tak, że element rpzyetajcyjny RD utrzymuje wartość Ry· + fig . Element P 1 tanowi i ^^-cjometr służący do regulacji tej wartości. Rezystor R8 i kondensator Cl eliminuje oscylacje wywoływane bezwładnością cieplną drutu.

Dokonuje się pomiaru napięć na zaciskach elementów rezystancyjnych stanowiących czujnik i kompensator oraz na zaciskach rezystorów R9 i R17. Te napięcia eą rejestrowane w urządzaniu rejestrującym.

Wartość napięcia na zaciskach rezystorów umożliwia określanie prądów płynących przez detektor i kompensator na podstawie czego oblicza eię ich rezystancję a zatem ich temperaturę. Wyjście wzmacniacza operacyjnego A.0.3 Jest wyregulowane ne zero w powietrzu, co umożliwia pomiar różnicy pomiędzy dwoma układami regulacji przy przepływie gazu palnego, na przykład metanu. Kontrola elementu rezystancyjnego umożliwia zaprogramowania czasu próbkowania i czasu spoczynkowego.

Na figurze 3 jest przedstawiony inny przykład wykonania układów regulacji 4 1 6. Różni eię on od układu z fig. 2 tym, że prąd pozostaje stały podczas całego wzrostu temperatury i ma wartość większą od wartości wynikającej z układu elektrycznego na fig. 2. Aby to uzyskać, zastosowano dwa oddzielne źródła zasilenia: źródło zasilania 3,5 V dla elementu rezystancyjnego i źródło zasilanie 6 V dla całego układu. Ponadto wyeliminowano tutaj element rezystancyjny 5 stanowiący kompensator i przyporządkowany mu układ regulacji 6, a kontroluje się tylko napięcie na zaciskach elementu rezystancyjnego 2.

Układ z fig i jest stosowane do nagrzewania detekcyjnego elementu rezystancyjnego 2 i kompensacyjnego elementu rezystancyjnego 5 w obu fazach cyklu pomiarowego. W pierwszej

164 008 fazie wywołuje się przepływ prądu grzejnego aż do doprowadzenia elementu rezystancyjnego 2 i elementu rezystancyjnego 5 do zadanej temperatury regulacji. W drugiej fazie reguluje się prąd w taki sposób, aby utrzymać element rezystancyjny w zadanej temperaturze regulacji i utrzymać rezystancję elementu rezystancyjnego na poziomie odpowiadającym temperaturze zadanej, na przykład 1,2 oma dla 1000°C w przypadku drutu o długości 1 cm i średnicy 80 um.

Natężenie prądu grzejnego dobiera się jako znacznie większe od średniego natężenia prądu drugiej fazy, w praktyce korzystnie 2-3 krotnie większe, co powoduje skrócenie czasu pomiaru, zmniejsza zużycie energii elektrycznej wskutek zmniejszenia strat cieplnych przez przewodzenie i skraca czas późniejszego chłodzenia przed następnym próbkowaniem. Prąd grzejny ma korzystnie w przybliżeniu stałe natężenie, można jednak również stosować kontrolowane impulsy energii.

Wówczas gdy gaz palny utlenia się przy zetknięciu z detekcyjnym elementem rezyetancyjnym 2, przekazuje mu energię cieplną i wywołuje zwiększenie jego temperatury. Układ regulacji 4 dostarcza wówczas mniej energii elektrycznej, gdyż zmniejsza się natężenie prądu, co powoduje spadek napięcia na zaciskach, odpowiadający stężeniu gazu w komorze pomiarowej 3.

Przy użyciu drutu platynowego o długości 1 cm i średnicy 80 um, zadaną temperaturę przyjmuje się korzystnie Jako równą około 1000°C. Teoretycznie do katalizy reakcji metanu wystarcza temperatura 570°C, jednak układy wzmacniania są wówczas bardzo rozbudowane. Zastosowanie temperatury nieco wyższej od 600°C do 800°C, powoduje wzrost kosztów układu. Temperatura znacznie wyższa, powyżej 1200°C, przyczynia się do zbyt szybkiego zużywania się drutu. Temperatura zawarta w granicach od 800°C do 1200°C lub korzystniej od 900 do 1100°C stanowi optymalny kompromis między wymiarami, kosztem i trwałością układu. Wartości np. 1000°C i 1200°C odpowiadają w przybliżeniu napięciom na zaciskach elementu rezystancyjnego, równym odpowiednio 0,76 V i 0,9 V.

W celu skrócenia całkowitego czasu zasilania, łącznego dla obu faz, dąży się do możliwie jak najszybszego wygaszania napięcia zasilania podczas drugiej fazy, po zakończeniu fazy nagrzewania. W tym celu można regulować wartości pojemności kondensatora C1 i rezystancji rezystora R8 na fig. 2 w zależności od własności stosowanego drutu, rodzaju gazu i jego stężenia. Wartości parametrów podane na fig. 2 i 3 odpowiadają stężeniu metanu od O do 3% przy zastosowaniu drutu platynowego o długości 1 cm i średnicy 80 um.

W celu realizacji praktycznie ciągłego procesu pomiarowego, przyjmuje się okres powtarzania cykli pomiarowych jako równy co najwyżej około 4 sekundy, a korzystnie 3 sekundy.

□la zadanych temperatur od 900 do 1200°C całkowity czas każdego cyklu pomiarowego jest któtszy od 400 ms, korzystnie równy lub krótszy od 300 ms, podzielony na okres nagrzewania 200 ms i okres stabilizacji 100 ms przed pomiarem. Natężenie prądu grzejnego ma wartość korzystnie w granicach od 1 do 2 A, np. 1,3 A, natomiast średnia wartość natężenia w fazie regulacji i stabilizacji jest w granicach od 0,65 A do 0,75 A, np. 0,7 A.

Figury 4 i 5 przedstawiają przebiegi prądu i napięcia U^ w funkcji czasu i przebieg rezystancji RD detektora w czasie próbkowania w okresie pomiarowym. Dla okresu pomiarowego, równego 4 sekundy występuje faza nagrzewania w czasie około 200 ms i faza regulacji w czasie około 100 me przy użyciu drutu platynowego o długości 1 cm i średnicy 80um, doprowadzonego do zadanej temperatury 1000°C, odpowiadającej rezystancji 1,3 oma.

Podczas fazy nagrzewania prąd I^ ma natężenie około 1,3 A, natomiast napięcie U^ zmienia się w sposób prawie liniowy od 0,47 V do 1,37 V. Podczas fazy regulacji prąd zmniejsza się do wartości 0,6 A, natomiast napięcie U^ jest stabilizowane do wartości odpowiadającej stężeniu metanu, mniejszej od 0,76 V. Po przerwaniu zasilania rezystancja powraca po upływie 2 sekund do wartości R bardzo bliskiej wartości początkowej. Warunki pracy drutu poprawiają się, pobór energii elektrycznej zmniejsza dwu lub trzykrotnie, czas pomiaru jest krótszy, częstotliwość pomiaru zwiększa się i trwałość drutu wzrasta.

W przypadku czujników z drutem platynowym, których napięcie zasilania wynosi 0,76 V przy natężeniu prądu 0,8 A w ciągu 4 sekund, stąd pobierana energia wynosi E = V I t = 2,4 J a moc wynosi P = E/t = 600 mW.

164 008

W przypadku czujników zasilanych sposobem według wynalazku, przez drut detekcyjny przepływa prąd o stałym natężeniu 1,3 A w ciągu 200 ms, doprowadzając go do zadanej temperatury, a następnie drut pracuje przy stałej temperaturze i rezystancji przy napięciu na zaciskach równym około 0,76 V podczas 100 ms.

Przy wzroście temperatury średnia rezystancja wynosi 0,8 oma oraz występuje liniowy wzrost temperatury, a więc i rezystancji. Podczas pomiaru rezystancja wynosi 1,3 oya. Pobierana energia wynosi zatem:

E = R1 · l2 · t_x + /v2/R2/ · t2

E = 0,8 · 13 · 1,3 · 0,19 e /0,76 - 0,76 / 1.3/ · OJ

E = 300 mJ

Moc wynosi wówczas P = 75 mW, przy częstości pomiarów wynoszącej 1 pomiar co 4 sekundy.

Jeśli faza nagrzewania zachodzi przy przepływie prądu o natężeniu 2 A, trwa ona tylko 60 ms. Pobierana energia i moc zostają w tyy przypadku ograniczone do następujących wartości:

E = 200 mJ oraz P = 50 mW.

Figura 6 przedstawia wykres napięcia czujnika w funkcji stężenia metanu CH4. Z tego wykresu wynika, że napięcie czujnika jest prawie liniowe dla małych stężeń gazu palnego, od 0 do 3%, co umożliwia uproszczenie przetwarzania sygnyłu.

Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego, którego sygnał wyjściowy ma wartość zerową w warunkach, gdy drut detekcyjny znajduje się w środowisku bez gazu palnego i którego sygnał wyjściowy ma wartość różną od zerowej w warunkach, gdy drut detekcyjny znajduje się w środowisku z gazem palnym, umożliwia określenie stężenia gazu palnego.

Na figurach 7 do 11 są przedstawione wykresy dotyczące zastosowania wynalazku do określania rodzaju oraz stężenia gazów palnych.

Jak widać z fig. 4, w czasie od t1 do t2 drut dochodzi do równowagi cieplnej, przy czym równowaga ta jest utrzymywana w czasie od t2 do t3. Okres dochodzenia do równowagi cieplnej t1 - t2 zależy od rodzaju drutu, geometrii i innych parametrów drutu oraz od rodzaju gazu uczestniczącego w wymianie ciepła.

Na figurze 7 jest przedstawiony wykres napięcia wyjściowego czujnika, wyrażonego w mV, w funkcji rzeczywistego stężenia następujących pięciu gazów: metanu CH4, propanu C3H8, butanu C4H1q, etylenu C₂H₄ i wodoru w powietrzu suchym, co oznaczono kwadracikami, i w powietrzu wilgotnym, o wilgotności względnej H = 85-90%, co oznaczono krzyżykami.

Na figurze 8 są przedstawiono wykresy napięcia wyjściowego czujnika w funkcji stężenia różnych gazów, wyrażonego w procentach dolnej granicy wybuchowości /DGW/. Napięcie 760 mV odpowiada 54% lub 30% DGW w zależności od tego, czy gaz palny jest metanem czy etylenem. Różnicę tą można częściowo skorygować w dwojaki sposób. Można wzorcować przyrząd na ściśle określony wykrywany gaz, wzorcując go ponownie w celu pomiaru innego gazu. Można również wzorcować przyrząd na gaz, wobec którego czujnik jest najmniej czuły /w danym przykładzie metan/, lecz wówczas istnieje niebezpieczeństwo braku wykrycia gazu, na który czujnik jest mniej czuły. Przedstawiono tutaj wykresy dla tego samego drutu i pięciu różnych gazów ujętych na fig. 7.

Czas równoważenia cieplnego czujnika można wykorzystać do określania rodzaju gazu, przez co użytkownik jest uprzedzany o realnym niebezpieczeństwie wybuchu gazu.

Pomiar czasu równoważenia cieplnego czujnika przeprowadza się zwykłą techniką przetwarzania sygnału przez wyszukiwanie maksimum w całym zakresie wartości sygnałów. Można także wykrywać nagły spadek napięcia, charakterystyczny dla czasu t2, za pomocą komparatora elektronicznego, z którego wyjścia sygnał jest doprowadzany do jednego z wejść mikrbetżrbwzika.

Na figurach 9 i 10 są przedstawione wykresy czasu równoważenia w funkcji rzeczywistego stężenia wymienionych wcześniej pięciu gazów w powietrzu wilgotnym i w powietrzu suchym, przez co Jest możliwe scharakteryzowanie każdego gazu.

Na figurze 11 są przedstawione wykresy czasu równoważenia cieplnego w funkcji stęże8

164 008 nia gazów, wyrażonego w procentach DGW dla różnych gazów w powietrzu suchym i w powietrzu wilgotnym. Wpływ wilgotności powietrza na czas równoważenia detektora jest nieznaczny.

Na figurze 12 są przedstawione wykresy czasu równoważenia w funkcji napięcia na zaciskach elementu detekcyjnego, dla różnych gazów w powietrzu suchym i w powietrzu wilgotnym. Na podstawie tych wykresów można przeprowadzić identyfikację gazu wchodzącego w skład grupy gazów przewidzianej w programie mikrosterownika stosowanego w tej technice i informującego o stężeniu i rodzaju gazu na podstawie danych w jego pamięci oraz pomiarów, w wyniku operacji porównywania, rozpoznawania i wskazywania.

Sposób według wanalazku można przeprowadzić także przy użyciu czujnika pracującego w zadanej temperaturze, przy zastosowaniu różnego rodzaju przetwarzania sygnału, zapewniającego wskazywanie, przekazywanie informacji na odległość, pamiętanie, a w razie przekroczenia wartości progowej napięcia - włączenie alarmu. Wynalazek znajduje zastosowanie zwłaszcza w czunikach do chromatografii gazowej.

164 008

Γ

RC

-o5V

R17

1,5n3W

FIG.2

164 008

FIG.4

164 008

Η-85 90%

FIG. 7

164 008

Η«85 . 90%

FIG. 11

164 008

H’85.90% FIG. 12

164 008 <

D

Z>

l

II

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowa

1. Sposób określania stężenia gazu palnego w ośrodku gazowym, w którym podczas fazy nagrzewania wywołuje się w elemencie rezystancyjnym, umieszczonym w tym ośrodku gazowym, przepływ prądu grzejnego aż do uzyskania zadanej temperatury katalizy spalania gazu palnego przez powierzchnię katalityczną elementu rezystancyjnego, a podczas fazy pomiaru dokonuje się pomiaru parametru elektrycznego zależnego od stężenia gazu, korzystnie rezystancji elementu rezystancyjnego, oraz wyznacza się mierzone stężenie gazu na podstawie zależności funkcyjnej od tego parametru, przy czym pomiar wykonuje się periodycznie, po czym w fazie schładzania zmniejsza się moc prądu aż do uzyskania temperatury spoczynkowej, znamienny tym, że fazę nagrzewania i fazę pomiaru przeprowadza się w łącznym czasie krótszym od jednej sekundy, korzystnie krótszym od 0,5 sekundy, a stężenie gazu palnego wyznacza się po stabilizacji napięcia na zaciekach elementu rezystancyjnego, przy czyn podczas fazy nagrzewania do elementu rezystancyjnego doprowadza się prąd grzejny o znacznie większej mocy niż moc prądu podczas fazy pomiaru, z nagłym spadkiem pomiędzy fazą nagrzewania i fazą pomiaru.
2. Sposób według zastrz. 1,znamienny tym, że stosuje się moc w fazie nagrzewania w zakresie 1-3 razy większą od mocy w fazie pomiaru.
3. Sposób według zaatrz. 1 abbo 2 , znamienny t y « e żo atsuuje ięę ączzny czas trwania fazy nagrzewania o fayy omiarru króseye dd 000 sa.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się czas trwania fazy nagrzewania krótszy od 200 ms.
5. Sposób według zastrz. 1,znamienny tym, że dokonuje się pomiar częściej niż co 4 sekundy.
6. Sposób według zaatrz. 0 lioe 0 iIoo 0 l^e 0 lboe , , znamiony, tym , że stosuje eię temperaturę pomiaru w zakresie 570-1100°C przy stosowaniu platynowego elementu rezystan^jnego do określania stężenia metanu.
7. Sposób według zastrz. 6,znamienny ,o.

tym, żż stosuje się temperaturę poó y m, że podczas fazy nagrzewania tym, że podczas fazy schładzania t y m, że temperaturę podczas fazy miaru równą w przybliżeniu 1000 C.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny stosuje się prąd o stałym natężeniu.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny przerywa się prąd elektryczny zasilenia.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny pomiaru utrzymuje się względem temperatury fazy schładzania w stosunku zawartym w zakresie od 1,1 do 4.
11. Sposób według zastrz. 1,znamienny tym, że podczas fazy pomiaru określa się rodzaj gazu na podstawie pomiaru czasu równoważenia cieplnego czujnika oraz zależności funkcyjnej pomiędzy czasem równoważenia cieplnego czujnika a stężeniem gazu palnego, ustalonych dla różnych wilgotności powietrza i różnych gazów.

164 008