PL167434B1 - Przodkowy omomierz strzałowy - Google Patents

Abstract

Przodkowy omomierz strzałowy, wyposażony w zaciski pomiarowe, akumulator, powielacz napięcia, przetworńk napięciowo-cyfrowy i wyświetlacz cyfrowy, srnamiemmy tym, że ma od 1 do n dzielników napięcia (R11-R21, R12-R22, R1n-R2n), których jedna połowa rezystorów (R11, R12, R1n) jest połączona poprzez odpowiednie klucze (Km K12, &1n) z pierwszym biegunem akumulatora (A), a druga połowa rezystorów (R.21, R22, R2n)jest połączona z pierwszym zaciskiempomiarowym (Z1) bezpośrednio i poprzez rezystor (R5) z dwoma wejściami (RL, HI) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C), natomiast punkty środkowe dzielnikównapięcia (R11-R21, R12-R22, R1n-R2n) są dołączone odpowiednio do wejść kolejnych kluczy (K21, K22, K2n), których wyjścia są zwarte i dołączone poprzez inny rezystor (R4) do kolej'nego wejścia (RH) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C), a drugi zacisk pomiarowy (Z2)jest dołączony poprzez kolejny rezystor (Re) do następnego wejścia (LO) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C) oraz poprzez następny rezystor (R3) i bezpiecznik (B) do bazy tranzystora (T), którego emiter jest dołączony poprzez dodatkowy rezystor (Ra) do drugiego bieguna akumulatora (A), przy czym wszystkie dzielniki napięcia (R11- R21, R12-R22, R1n-R2n), klucze ΟΧ11, K12, K1n, K21, K2n) i rezystory (R3, R4, R5 R6) oprócz dodatkowego rezystora (Ra), a także bezpiecznik (B) i tranzystor (T), są wyodrębnione jako obwód zabezpieczający (OZ) zmontowany na odrębnym obwodzie drukowanym, umieszczonym wspólnie z powielaczem napięcia (PN) w przylegającej do wewnętrznej części zacisków pomiarowych (Zn Z2) komorze zewnętrznej trójkomorowej obudowy omomierza.

Description

Przedmiotem wynalazku jest przodkowy omomierz strzałowy, który może być stosowany do pomiarów rezystancji linii strzałowych, sieci i obwodów strzałowych, grup zapalników elektrycznych i pojedynczych zapalników, przy czym pomiary mogą odbywać się w przodkach wyrobisk górniczych, w bezpośrednim sąsiedztwie załadowanych materiałem wybuchowym otworów strzałowych, w których umieszczono już zapalniki elektryczne, niezależnie od koncentracji gazów wybuchowych w atmosferze. Obecnie pomiary takie, pomimo zaostrzonych wymagań dla górniczych omomierzy strzałowych stanowiących odrębną klasę przyrządów pomiarowych, mogą być prowadzone wyłącznie z osłoniętych stanowisk odpalania znajdujących się we wnękach korytarzy lub w schronach odległych od przodków o około 100 m, a w kopalniach zagrożonych tąpaniami nawet o 800 m.

167 434

W praktyce górniczej, przy wykonywaniu prac strzałowych zdarzają się bardzo często błędy w łączeniu elementów sieci zapalnikowych, wynikające z występowania zapalników wadliwych z przerwanym lub zwartym mostkiem, nie podłączenia lub niewłaściwego podłączenia części zapalników, złych styków międzyzapalnikowych lub na złączach odcinków linii, bądź też utraty izolacji sieci do ziemi lub pomiędzy żyłami przewodów. Skutkiem tych błędów jest nieodpalanie części ładunku materiału wybuchowego, który pozostaje w urobku lub jest niszczony w skale metodami saperskimi. Innym groźnym skutkiem może być iskrzenie w obwodzie na złych stykach, które przy mocach zapalarek elektrycznych wynoszących w impulsie kilkadziesiąt kW, o ile wystąpiłoby w atmosferze wybuchowej metanu, doprowadziłoby do wybuchu. Koniecznym środkiem zapobiegawczym jest więc obliczanie wartości rezystancji sieci strzałowych i ich fragmentów, w zależności od konfiguracji tych sieci i użytych środków strzałowych oraz sprzętu, wykonanie odpowiednich pomiarów i porównanie wyników. Istotne odchylenia wyników pomiarów od obliczonej wartości, świadczą o błędach wykonawczych oraz zmuszają do ich wyszukiwania i eliminacji, do czego konieczne są dalsze pomiary. Ze względu na czas przeznaczony na strzelanie, ograniczanie miejsca prowadzenia pomiarów do osłoniętych stanowisk odległych od przodka stanowi niedogodność sprzeczną z technologią górniczą w stopniu skłaniającym górników do wykonywania pomiarów niewłaściwymi przyrządami, również w uzbrojonych przodkach, co w ostatnich latach doprowadziła do szeregu wypadków. Duże znaczenie ma tu wysoka czułość materiałów wybuchowych inicjujących, znajdujących się w części spłonkowej zapalnika, rzędu 0,1 mJ, na zewnętrzne źródła energii elektrycznej oraz uszkadzanie omomierzy z zewnątrz, po podłączeniu do innych źródeł prądu lub na skutek niewłaściwej naprawy, podczas której ominięto elementy zabezpieczające.

Znany jest wprawdzie, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 149 458, przodkowy próbnik ciągłości obwodów strzałowych, w którym dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu schematu ideowego obwodu pomiarowego oraz konfiguracji przestrzennej elementów wyeliminowano możliwość takiego zewnętrznego uszkodzenia, które mogłoby prowadzić do wzrostu prądu pomiarowego płynącego przez zapalniki, natomiast możliwość błędnej naprawy usunięto przez nadanie próbnikowi cech nierozbieralności. Próbnik ten ma pomiarowe zaciski, do których dołączony jest szeregowy obwód złożony z akumulatorów połączonych ze sobą rezystorami oraz z tranzystora, diody i bezpiecznika. Do katody diody, kolektora tranzystora i jego emitera dołączone są zaciski optycznego wskaźnika, a pomiędzy bazą tranzystora i katodą diody znajduje się kolejny rezystor. Rezystory włączone pomiędzy akumulatory wytrzymują w dowolnie długim czasie natężenie prądu równe 2,1 wartości prądu nominalnego bezpiecznika, który przetapia się szybciej niż dla większego przeciążenia wartość rezystancji tych rezystorów mogłaby spaść do poziomu, w którym prąd w obwodzie przekroczyłby górną wartość jego znamionowej zdolności wyłączania. Obwód elektryczny próbnika jest umieszczony wewnątrz płaskiej obudowy zawierającej sztywną, ciągłą przegrodę oddzielającą od siebie, izolującą i dociskającą do ścianek obudowy akumulatory, płytkę drukowaną i wskaźnik optyczny. Elementy te są połączone ze sobą nie krzyżującymi się przewodami lub rezystorami przez otworki w przegrodzie. Całe wnętrze obudowy jest nierozbieralne, zalane twardą masą i dlatego próbnik jest nienaprawialny. Wprowadzenie tego próbnika do praktyki górniczej przyniosło jednak tylko doraźną poprawę stanu bezpieczeństwa w robotach strzałowych, pozwalając jedynie na bezpieczne eliminowanie w przodkach wyrobisk błędów od wadliwych fabrycznie zapalników lub błędów grubych, dających w efekcie całkowitą przerwę w obwodzie.

Problem dokładnych i bezpiecznych pomiarów przodkowych rezystancji obwodów zapalnikowych pozostaje nadal otwarty. Na obecnym poziomie techniki opracowanie precyzyjnego, wielozakresowego omomierza strzałowego jest problemem czysto inżynierskim. Znane są omomierze zawierające scalony przetwornik napięciowo-cyfrowy, działający w systemie pomiaru ilorazowego, którego wejście jest dołączone do mierzonego obwodu poprzez zaciski pomiarowe, a wyjście steruje ciekłokrystaliczny wyświetlacz cyfrowy, przy czym podwyższone napięcie potrzebne do ich zasilania uzyskuje się z powielacza napięcia podłączonego do wewnętrznego akumulatora. Natomiast nadanie takiemu przyrządowi cech bezpieczeństwa właściwego w porównaniu z wrażliwością zapalników elektrycznych lub gazów wybuchowych nie może być dokonane za pomocą rozwiązań znanych ze stanu techniki. Ponadto ze względu na koszt omomierza, przewyższający znacznie koszty próbników, omomierz przodkowy nie może być nienaprawialny.

167 434

Przodkowy omomierz strzałowy, wyposażony w zaciski pomiarowe, akumulator, powielacz napięcia, przetwornik napięciowo-cyfrowy i wyświetlacz cyfrowy, według wynalazku, ma od 1 do n dzielników napięcia, których jedna połowa rezystorów jest połączona poprzez odpowiednie klucze z pierwszym biegunem akumulatora, a druga połowa rezystorów jest połączona z pierwszym zaciskiem pomiarowym bezpośrednio i poprzez rezystor z dwoma wejściami przetwornika napięciowo-cyfrowego. Punkty środkowe dzielników napięcia są dołączone odpowiednio do wejść kolejnych kluczy, których wyjścia są zwarte i dołączone poprzez inny rezystor do kolejnego wejścia przetwornika napiąciowo-cyfrowego. Drugi zacisk pomiarowy jest dołączony poprzez kolejny rezystor do następnego wejścia przetwornika napięciowo-cyfrowego oraz poprzez następny rezystor i bezpiecznik do bazy tranzystora, którego emiter jest dołączony poprzez dodatkowy rezystor do drugiego bieguna akumulatora. Wszystkie dzielniki napięcia, klucze i rezystory oprócz dodatkowego rezystora, a także bezpiecznik i tranzystor, są wyodrębnione jako obwód zabezpieczający zmontowany na odrębnym obwodzie drukowanym, umieszczonym wspólnie z powielaczem napięcia w przylegającej do wewnętrznej części zacisków pomiarowych komorze zewnętrznej trójkomorowej obudowy omomierza. Kolektor tranzystora jest dołączony do wejścia powielacza napięcia, którego wyjście jest połączone z jednym zasilającym wejściem przetwornika napięciowo-cyfrowego . którego drugie zasilające wejście jest dołączone bezpośrednio do pierwszego bieguna akumulatora. Pierwszy biegun akumulatora jest ponadto połączony z pierwszym zaciskiem pomiarowym poprzez jedną diodę i rezystor, a drugi biegun akumulatora jest połączony z bazą tranzystora poprzez dodatkowe rezystory i drugą diodę. Komory trójkomorowej obudowy omomierza są oddzielone od siebie litymi przegrodami. Komora zewnętrzna zawierająca obwód zabezpieczający i powielacz napięcia jest wypełniona całkowicie twardą, nieusuwalną masą izolacyjną, komora środkowa zawiera akumulator i dodatkowy rezystor i jest wypełniona całkowicie masą izolacyjną usuwalną, a druga komora zewnętrzna zawiera przetwornik napięciowo-cyfrowy i wyświetlacz cyfrowy i nie jest hermetyzowana masą izolacyjną.

Zaletą przodkowego omomierza strzałowego według wynalazku jest umożliwienie, przy zachowaniu bezpieczeństwa wobec zagrożenia zainicjowania dowolnej czułości zapalników elektrycznych przy najwyższej kategorii zagrożenia metanowego, takiego samego, jak gdyby pomiary były dokonywane ze stanowiska odpalania, wykonywania dokładnych pomiarów rezystancji instalacji strzałowej w dowolnym jej punkcie, czyli również w przodku, dzięki czemu mogą być eliminowane wypadki powstałe wskutek błędów w pracach strzałowych. Ukształtowanie ideowe i przestrzenne układu elektrycznego omomierza, wyodrębniające jego część zabezpieczającą, znajdującą się pomiędzy zaciskami pomiarowymi, będącymi jedynymi elementami dostępnymi z zewnątrz, a częścią pomiarową, automatycznego sterowania zakresami pomiarowymi i wyświetlania wyników powoduje, że dowolne uszkodzenie wewnętrznych układów przetwarzających sygnały elektryczne, nawet wywołane z zewnątrz, nie ma wpływu na bezpieczeństwo własne omomierza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ elektryczny omomierza, a fig. 2 - przestrzenne rozmieszczenie jego istotnych podzespołów.

Przodkowy omomierz strzałowy ma od 1 do n dzielników napięcia Rii^_R21’ ^12*^22’ ^R1n^_R2n’ których jedna połowa rezystorów R^, R^, R^ jest połączona poprzez odpowiednie klucze Kp, Κρ , Kjp ^z pierwszym biegunem akumulatora A, a druga połowa rezystorów R21’ R22’ R2n połączona z pierwszym zaciskiem pomiarowym Z1 bezpośrednio i poprzez rezystor R5 z dwoma wejściami RL, HI przetwornika napięciowo-cyfrowego U/C. Punkty środkowe dzielników napięcia ^R11 ^R21 ^R12^-R22’ ^1_n-R2_n, sę dołączone odpowiednio do wejść kolejnych kluczy Κ^.

K,

22’ ^K2n’ których wyjścia są zwarte i dołączone poprzez inny rezystor R^ do kolejnego wejścia RH przetwornika napięciowo-cyfrowego U/C. Drugi zacisk pomiarowy Z₂ jest dołączony poprzez kolejny rezystor R^ do następnego wejścia LO przetwornika napięciowo-cyfrowego U/C oraz poprzez następny rezystor R3 i bezpiecznik B do bazy tranzystora T, którego emiter jest dołączony poprzez dodatkowy rezystor Rg do drugiego bieguna akumulatora A. Wszystkie dzielniki napięcia klucze K,.,, Κ₁₂, K1₂, K21, K„„, K„_ i rezystory R-,, R,., Rr, R,

11’ K12» K1_n, k₂1’ k₂2’ K2n i rezystory Rj, r^, rj, »₆, oprócz dodatkowego rezystora Rg oraz bezpiecznik B i tranzystor T, są wyodrębnione jako obwód zabezpieczający OZ zmontowany na odrębnym obwodzie drukowanym. Kolektor tranzystora T jest

R11-R21 ^R12-^R22’

Rin-R2n’

R4’ R5’

167 434 dołączony do wejścia powielacza napięcia PN, którego wyjście jest połączone z jednym zasilającym wejściem przetwornika napięciowo-cyfrowego U/C, którego drugie zasilające wejście jest dołączone bezpośrednio do pierwszego bieguna akumulatora A. Pierwszy biegun akumulatora A jest połączony z pierwszym zaciskiem pomiarowym poprzez jedną diodę D^ i rezystor Rg, a drugi biegun akumulatora A jest połączony z bazą tranzystora T poprzez dodatkowe rezystory Rg, R^0 i drugą diodę Dj.

Płaska, wysokoudarowa, trójkomorowa obudowa przodkowego omomierza strzałowego jest podzielona litymi przegrodami. Jedna komora zewnętrzna zawiera część wewnętrzną zacisków pomiarowych Zp Zj, obwód zabezpieczający OZ i powielacz napięcia PN oraz jest wypełniona całkowicie nie dającą się usunąć, twardą masą izolacyjną. Środkowa komora zawiera akumulator A i dodatkowy rezystor Rg oraz jest wypełniona całkowicie masą izolacyjną usuwalną. Druga zewnętrzna komora nie musi być hermetyzowana oraz zawiera przetwornik napięciowo-cyfrowy U/C, wyświetlacz cyfrowy WC i ewentualnie układ automatycznej zmiany zakresów pomiarowych.

Działanie przodkowego omomierza strzałowego według wynalazku jest następujące. Jeżeli do zacisków pomiarowych Zp Zj nie jest dołączony żaden zewnętrzny rezystor, to do bazy tranzystora T nie wpływa żaden prąd i nie jest zasilany powielacz napięcia PN, a przez to nie jest również zasilany przetwornik napięciowc-cyfrowy U/C. Pobór prądu z akumulatora A jest zbliżony do zera i omomierz jest wyłączony. Dołączenie do zacisków pomiarowych Zp Zj zewnętrznego rezystora o wartości niższej od maksymalnego zakresu pomiarowego określonego doborem elementów dzielników napięcia Rii-R.ji, Ri2-Rj2’ Ri_n~Rjn powoduje, że do bazy tranzystora T wpływa prąd przez bezpiecznik B, rezystor R3, jeden z dzielników napięcia R^-Rjn i klucz Kin. Tranzystor T zostaje wówczas wysterowany i podaje napięcie akumulatora A do wejścia powielacza napięcia PN, który z kolei zasila przetwornik napięciowo-cyfrowy U/C. Omomierz zaczyna działać, przy czym zakresy pomiarowe zmieniają się ręcznie lub automatycznie po zwieraniu odpowiednich par kluczy K^-Kj^ Wynik pomiaru jest wskazywany na wyświetlaczu cyfrowym WC. W przypadku gdy dołączony zewnętrzny rezystor przekracza wartość maksymalnego zakresu pomiarowego, lecz nie więcej niż 30-krotnie, omomierz załącza się i wskazuje przekroczenie zakresu. Zaleca się taką budowę układu, aby wstępnie załączone były klucze odpowiadające maksymalnemu zakresowi pomiarowemu. Obwód złożony z diod Dp Dj i rezystorów R^, Rg umożliwia doładowywanie akumulatora A z zewnętrznej ładowarki za pośrednictwem zacisków pomiarowych Zi, Zj- Prąd pomiarowy omomierza jest utrzymywany na poziomie niższym od 25 mA poprzez dobór rezystorów w dzielnikach napięcia Rii-Rji, Rij-Rjj’ ^ln^^ź^n’ Przyłożenie z zewnątrz dowolnego napięcia do 220 V włącznie może spowodować uszkodzenie układu pomiarowego, lecz nie jest w stanie uszkodzić żadnego z rezystorów obwodu zabezpieczającego OZ, gdyż może on być wykonany wyłącznie z elementów wysokoomowych. Obwód zabezpieczający OZ może podlegać sterowaniu przez pozostałe części momomierza w celu dopasowania wejścia do wykonywanej przez niego funkcji.

Układ omomierza zapewnia, że przy dowolnym stanie awaryjnym elementów uszkadzalnych półprzewodnikowych i scalonych, na drodze pomiędzy zasilaniem akumulatorowym lub pomocniczym z powielacza napięcia PN, a zaciskami pomiarowymi Zi, Zj, mogą zawsze znajdować się rezystory o bardzo dużych wartościach. Konfiguracja przestrzenna omomierza zapewnia, że przy dowolnej błędnej naprawie nie można ominąć opisanych zabezpieczeń na drodze między źródłami napięcia i zaciskami pomiarowymi Zi, Zj.

167 434

WC

Fig 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przodkowy omomierz strzałowy, wyposażony w zaciski pomiarowe, akumulator, powielacz napięcia, przetwornik napięciowo-cyfrowy i wyświetlacz cyfrowy, znamienn.y tym, że ma od 1 do n dzielników napięcia (^1^21’ R12-R22’ ^R1n-R2n,’ ^kt<irych jedna połowa rezystorów (Rn, R12, R1n) jest połączona poprzez odpowiednie klucze (Ku, K^, K^) z pierwszym biegunem akumulatora (A), a druga połowa rezystorów (R21, R22’ ^R2n) je⁵* połączona z pierwszym zaciskiem pomiarowym (Z^ bezpośrednio i poprzez rezystor (R5) z dwoma wejściami (RL, HI) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C), natomiast punkty środkowe dzielników napięcia (^R11^_R21’ R12^_R22’ ^R1n^R2n) dołączone odpowiednio do wejść kolejnych kluczy (K2p ^22’ K_2n), których wyjścia są zwarte i dołączone poprzez inny rezystor (R4) do kolejnego wejścia (RH) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C), a drugi zacisk pomiarowy (Z₂) jest dołączony poprzez kolejny rezystor (Rg) do następnego wejścia (LO) przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C) oraz poprzez następny rezystor (R3) i bezpiecznik (B) do bazy tranzystora (T), którego emiter jest dołączony poprzez dodatkowy rezystor (Rg) do drugiego bieguna akumulatora (A), przy czym wszystkie dzielniki napięcia (R11^_R21’ R12'^R22’ ^R1n^R2n), klucze (K^, K^, K^, K21’ K2_n) i rezystory (R3, R^, R5, Rg) oprócz dodatkowego rezystora (Rg), a także bezpiecznik (B) i tranzystor (T), są wyodrębnione jako obwód zabezpieczający (OZ) zmontowany na odrębnym obwodzie drukowanym, umieszczonym wspólnie z powielaczem napięcia (PN) w przylegającej do wewnętrznej części zacisków pomiarowych (Z^, Z₂) komorze zewnętrznej trójkomorowej obudowy omomierza.
2. 2. Przodkowy omomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że kolektor tranzystora (T) jest dołączony do wejścia powielacza napięcia (PN), którego wyjście jest połączone z jednym zasilającym wejściem przetwornika napięciowo-cyfrowego (U/C), którego drugie zasilające wejście jest dołączone bezpośrednio do pierwszego bieguna akumulatora (A).
3. 3. Przodkowy omomierz według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwszy biegun akumulatora (A ) jest połączony z pierwszym zaciskiem pomiarowym (Z) ) opprzez jddną diodę (01) i rezystor (Rg), a drugi biegun akumulatora (A) jest połączony z bazą tranzystora (T) poprzez dodatkowe rezystory (Rg, Rj.q) i drugą diodę (O2).
4. 4. Przodkowy omomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że komory trójkomorowej obudowy są oddzielone od siebie litymi przegrodami, przy czym komora zewnętrzna zawierająca obwód zabezpieczający (OZ) i powielacz napięcia (PN) jest wypełniona całkowicie twardą, nieusuwalną masą izolacyjną, komora środkowa zawiera akumulator (A) i dodatkowy rezystor (Rg) i jest wypełniona całkowicie masą izolacyjną usuwalną, a druga komora zewnętrzna zawiera przetwornik napięciowo-cyfrowy (U/C) i wyświetlacz cyfrowy (WC) i nie jest hermetyzowana masą izolacyjną.

   » -o «