PL185298B1

PL185298B1 - Device for determining the air flow velocity

Info

Publication number: PL185298B1
Application number: PL98326310A
Authority: PL
Inventors: Ludwik Korczak; Wiesław Balicki; Stanisław Wasilewski; Andrzej Budziszewski
Original assignee: Ct Elektryfikacji I Automatyza
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2003-04-30
Also published as: PL326310A1

Abstract

1. Urządzenie do określania prędkości przepływu powietrza, złożone z dwóch przetworników ultradźwiękowych nadawczo-odbiorczych ustawionych osiowo względem siebie w odpowiedniej, ustalonej odległości i umieszczonych w osłonie cylindrycznej, do której przylega skrzynka pomiarowa układu elektronicznego, znamienne tym, że wewnątrz każdego przetwornika ultradźwiękowego (1) znajduje się głowica ultradźwiękowa (9) zamocowana za pomocą elastycznego elementu (4), który eliminuje szkodliwe przenoszenie się sygnałów akustycznych po elementach konstrukcji i znajduje się przytwierdzony nierozłącznie, co najmniej dwubarwny element optoelektroniczny (5) który usytuowany jest na zewnątrz każdego z dwóch przetworników (1), przy czym głowica ultradźwiękowa (9) i element optoelektroniczny (5) połączone są kablem dwużyłowym z układem elektronicznym (10) znajdującym się w skrzynce pomiarowej (3), której wejścia i wyjścia elektryczne, poprzez listwę zaciskową, połączone są ze złączem (7), osadzonym na ściance skrzynki (3), przy czym element optoelektroniczny (5) zasilany jest także ze źródła bateryjnego.1. Device for determining the flow rate air, consisting of two ultrasonic transducers transceivers aligned axially with respect to each other at an appropriate, defined distance and placed in a cylindrical housing to which the measurement box of the electronic system is adjacent, characterized in that inside each transducer ultrasonic device (1) there is an ultrasonic head (9) secured with a flexible piece (4) which eliminates harmful transmission acoustic signals on structural elements and is securely attached, at least two-color optoelectronic element (5) which it is situated outside each of the two transducers (1), the ultrasonic head (9) and the optoelectronic element (5) are connected a two-core cable with an electronic system (10) located in the measuring box (3), which electrical inputs and outputs, through the terminal strip, are connected to the connector (7) on the the wall of the box (3), the optoelectronic element (5) is also powered by a battery source.

Description

Przedmiotem wynalazku, jest urządzenie do określania prędkości przepływu powietrza przeznaczone zwłaszcza do stosowania w wyrobiskach górniczych.The subject of the invention is a device for determining the air flow velocity, intended especially for use in mining excavations.

Podstawowym parametrem decydującym o stanie bezpieczeństwa oraz oddziałującym na warunki przewietrzania wyrobisk górniczych jest przepływ powietrza w wyrobiskach kopalni. Wielokrotnie przyczyną wypadków i katastrof górniczych było lokalne nagromadzenie metanu w wyniku braku przepływu powietrza lub zbyt małej ilości powietrza i niekontrolowanych przemieszczeń chmur metanowych, tzw. „korków metanowych” wskutek braku przepływu powietrza.The basic parameter determining the safety condition and influencing the ventilation conditions of mining excavations is the air flow in the mine workings. Many times the cause of mining accidents and disasters was the local accumulation of methane due to the lack of air flow or too little air and uncontrolled displacement of methane clouds, the so-called "Methane plugs" due to lack of air flow.

Powszechnie stosowane w praktyce górniczej anemometry skrzydełkowe zaopatrzone są w śmigło, którego oś sprzężona jest mechanicznie poprzez przekładnię z licznikiem obrotów. Anemometry wyposażone są w urządzenia zegarowe włączające i wyłączające liczniki na określony czas pomiaru. Stosowane sąrównież anamometry zawierające magnetycznie czułe elementy zabudowane w wymiennych osłonach umieszczonych w otworach cylindrycznego korpusu, w pobliżu wirującego magnesu. Wadą stosowanych rozwiązań jest duży błąd spowodowany podwyższeniem dolnej granicy pomiaru głównie z powodu dużych oporów tarcia mechanicznego śmigła.Vane anemometers commonly used in mining practice are equipped with a propeller, the axis of which is mechanically coupled through a gearbox with a revolution counter. Anemometers are equipped with clock devices that turn the counters on and off for a specific measurement time. There are also used anamometers containing magnetically sensitive elements built into replaceable shields placed in the holes of the cylindrical body, near the rotating magnet. The disadvantage of the solutions used is a large error caused by the increase in the lower measurement limit, mainly due to the high mechanical frictional resistance of the propeller.

Pomiar prędkości przepływu powietrza za pomocą ultradźwięków polega na porównaniu prędkości fali ultradźwiękowej rozchodzącej się zgodnie z kierunkiem ruchu żądanego medium z prędkością fali ultradźwiękowej rozchodzącej się w kierunku przeciwnym do tego ruchu.Measurement of air flow velocity with the use of ultrasound consists in comparing the velocity of the ultrasonic wave propagating in the direction of movement of the desired medium with the velocity of the ultrasonic wave propagating in the direction opposite to this movement.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 104 674 sposób i urządzenie do pomiaru prędkości przepływu cieczy i gazów. Urządzenie wyposażone jest w nadajniki wytwarzające impulsy w kierunkach zgodnym i przeciwnym do kierunku przepływu mierzonego medium i połączone z nim głowice i odbiornik. Odbiornik połączony jest z binarnym podzielnikiem częstotliwości, z podzielnikiem dziesiętnym i z układem próbkującym, do którego dołączony jest układ wyświetlania wyników.A method and a device for measuring the flow velocity of liquids and gases is known from the Polish patent specification No. 104 674. The device is equipped with transmitters generating pulses in the directions consistent and opposite to the flow direction of the measured medium, and the heads and the receiver connected to it. The receiver is connected to a binary frequency divider, to a decimal divider and to a sampling circuit to which the results display circuit is connected.

Również w polskim opisie patentowym nr 124 390 ujawniono sposób i urządzenie do pomiaru prędkości przepływu cieczy. Znane urządzenie zawiera dwa przetworniki ultradźwiękoweAlso, Polish patent specification No. 124 390 discloses a method and device for measuring the velocity of liquid flow. The known device comprises two ultrasonic transducers

185 298 nadawczo-odbiorcze połączone z wyjściami nadajników i wejściami odbiorników. Powyższe znane urządzenia nie mogą być stosowane w podziemiach kopalń.185 298 transceiver connected to the outputs of transmitters and inputs of receivers. The above known devices cannot be used in underground mines.

Urządzenie do określania prędkości przepływu powietrza, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ma dwa przetworniki ultradźwiękowe nadawczo-odbiorcze ustawione osiowo, w odpowiedniej, ustalonej odległości między sobą i umieszczone w cylindrycznej osłonie, do której rozłącznie przytwierdzona jest skrzynka pomiarowa. Wewnątrz każdego z dwóch przetworników ultradźwiękowych znajduje się głowica ultradźwiękowa zamocowana za pomocą elastycznego elementu izolującego akustycznie i znajduje się, przytwierdzony nierozłącznie, element optoelektroniczny, usytuowany na zewnątrz każdego z dwóch przetworników. Element optoelektroniczny i głowica ultradźwiękowa połączone są z układem elektronicznym znajdującym się w skrzynce pomiarowej. Elektryczne wejścia i wyjścia skrzynki pomiarowej poprzez listwę zaciskową są połączone ze złączem, osadzonym na ściance skrzynki i służącym do podłączenia kabla zasilającego i transmisji, który to kabel włączony jest do centrali metanometrycznej. Element optoelektroniczny jest co najmniej dwubarwny i jest też autonomicznie zasilany ze źródła bateryjnego. Korzystnie między skrzynką pomiarową a osłoną cylindryczną umieszczona jest tuleja, w której osadzone są dwa przetworniki ultradźwiękowe.The device for determining the air flow velocity, according to the invention, is characterized in that it has two ultrasonic transmitting-receiving transducers arranged axially, at a suitable, predetermined distance between each other, and placed in a cylindrical casing to which the measurement box is detachably attached. Inside each of the two ultrasonic transducers there is an ultrasound head fixed by a flexible acoustically insulating element and there is a non-releasably attached optoelectronic element located outside each of the two transducers. The optoelectronic element and the ultrasound head are connected to the electronic system in the measuring box. The electric inputs and outputs of the measurement box are connected through a terminal strip with a connector, embedded on the wall of the box and used to connect the power and transmission cable, which cable is connected to the methane measurement station. The optoelectronic element is at least two-colored and is also autonomously powered by a battery source. Preferably, a sleeve in which two ultrasonic transducers are mounted is placed between the measuring box and the cylindrical housing.

Zaletą urządzenia, według wynalazku, jest możliwość ciągłego mierzenia prędkości przepływu powietrza i przekazywanie wyników pomiaru na odległość oraz lokalna sygnalizacja niepożądanych stanów pracy. Umieszczone w osi urządzenia elementy optoelektroniczne zapewniają w czasie pulsowania światłem dobrą widoczność, szczególnie w kierunku poruszania się ludzi w wyrobisku kopalni. Zanik przepływu powietrza i jego rewersję oraz awaria i brak zasilania sąjednoznacznie sygnalizowane sygnałem świetlnym. Zwłoka czasowa zadziałania sygnalizacji rzędu l minuty eliminuje wrażliwość urządzenia na krótkotrwałe zaburzenia przepływu powietrza, co w konsekwencji zapobiega ewentualnej panice. Urządzenie jest iskrobezpieczne i może być stosowane w polach metanowych podziemnych zakładów górniczych zaliczanych do stopnia „a”, „b”, „c” niebezpieczeństwa wybuchu. Bateryjne zasilanie elementu optoelektronicznego zapewnia nieprzerwaną pracę sygnalizacji świetlnej.The advantage of the device according to the invention is the possibility of continuous measurement of the air flow velocity and the transmission of measurement results over a distance as well as local signaling of undesirable operating states. The optoelectronic elements located in the axis of the device ensure good visibility while flashing the light, especially in the direction of people moving in the mine excavation. Loss of air flow and its reversal, as well as failure and lack of power supply are clearly indicated by a light signal. The time delay of activation of the signaling of 1 minute eliminates the sensitivity of the device to short-term disturbances in air flow, which in turn prevents possible panic. The device is intrinsically safe and can be used in methane fields of underground mines classified as "a", "b", "c" explosion hazard. The battery power supply of the optoelectronic element ensures uninterrupted operation of the traffic lights.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładowym rozwiązaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok urządzenia, a fig.2 - przekrój osiowy urządzenia.The subject of the invention has been shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a view of the device, and fig. 2 - an axial section of the device.

Wewnątrz cylindrycznej osłony 2, do której jest przytwierdzona rozłącznie skrzynka pomiarowa 3 układu elektronicznego znajdują się dwa przetworniki ultradźwiękowe nadawczo-odbiorcze 1 usytuowane osiowo między sobąw odpowiedniej, ustalonej odległości i zabezpieczone przed przypadkowym przemieszczeniem. W dolnej części skrzynki pomiarowej 3 znajduje się tuleja 8, w której osadzona jest część rurowa przetworników ultradźwiękowych 1. Każdy z dwóch przetworników ultradźwiękowych 1 ma głowicę ultradźwiękową 9 i dwubarwny element optoelektroniczny 5. Głowica ultradźwiękowa 9 mocowana jest wewnątrz przetwornika ultradźwiękowego 1 za pomocą elastycznego elementu 4, któryjednocześnie izoluje akustycznie od obudowy. Ta głowica 9 jest wymienna i przytwierdzony, na stałe do przetwornika ultradźwiękowego 1 element optoelektroniczny 5 są połączone elektrycznie z układem elektronicznym 10, który znajduje się w skrzynce pomiarowej 3. Wejścia i wyjścia tej skrzynki 3 są połączone poprzez listwę zaciskową ze złączem 7 osadzonym najej ściance. Złącze 7 służy do podłączenia kabla zasilającego i transmisji, a także do połączenia z koncentratorem danych do wykrywania stanów nienormalnych i awaryjnych.Inside the cylindrical cover 2, to which the measurement box 3 of the electronic circuit is detachably attached, there are two ultrasonic transmitting-receiving transducers 1 positioned axially between each other at a suitable, fixed distance and secured against accidental displacement. In the lower part of the measuring box 3 there is a sleeve 8 in which the tubular part of the ultrasonic transducers 1 is mounted. Each of the two ultrasonic transducers 1 has an ultrasonic head 9 and a two-color optoelectronic element 5. The ultrasonic head 9 is mounted inside the ultrasonic transducer 1 by means of an elastic element 4, which at the same time insulates acoustically from the housing. This head 9 is replaceable and fixed to the ultrasonic transducer 1, the optoelectronic element 5 is electrically connected with the electronic system 10, which is located in the measurement box 3. The inputs and outputs of this box 3 are connected via a terminal strip with a connector 7 mounted on its wall . Connector 7 is used to connect the power and transmission cable, and also to connect to the data hub for the detection of abnormal and emergency states.

Urządzenie działa następująco: Powietrze, którego prędkość przepływu jest mierzona, przepływa przez cylindryczną osłonę 2 w której znajdują się przetworniki ultradźwiękowe 1 nadawczo-odbiorcze, powodując zmianę czasu przelotów fali ultradźwiękowej między tymi przetwornikami 1. Zmierzona różnica czasu przelotów jest proporcjonalna do mierzonej prędkości przepływu powietrza. Przetwarzanie elektroniczne sygnału poprzez układ elektroniczny 10 polega na tym, że sygnał różnicy czasu przelotów zamieniany jest na odpowiednią dla transmisji wartość napięcia lub częstotliwość, informującąo wielkości i kierunku mierzonego przepływu.The device works as follows: The air, the flow velocity of which is measured, flows through a cylindrical sheath 2 with ultrasonic transducers 1 transmitting-receivers, causing a change in the flight time of the ultrasonic wave between these transducers 1. The measured difference in flight time is proportional to the measured air flow velocity . The electronic processing of the signal by the electronics 10 consists in converting the time-of-flight difference signal into a voltage or frequency suitable for transmission, informing about the amount and direction of the measured flow.

Zanik mierzonego przepływu powietrza w stosunku do wartości ustawionej progiem alarmowym lub rewersję tego przepływu urządzenie sygnalizuje poprzez elementy optoelektronicz4The device signals the disappearance of the measured air flow in relation to the value set by the alarm threshold or the reversal of this flow through optoelectronic elements4

185 298 ne 5 pulsującym światłem czerwonym, natomiast awarię lub brak zasilania pulsującym światłem żółtym. Autonomiczne zasilanie elementów optoelektronicznych ze źródła bateryjnego umożliwia pulsowanie diod świecących przez ponad osiem godzin sygnalizując świetlnie stan awaryjny nawet przy przerwaniu linii zasilająco-transmisyjnej. Zwłoka czasowa rzędu 1 minuty eliminuje wrażliwość urządzenia na krótkotrwałe zaburzenia przepływu powietrza.185 298 AD 5 with flashing red light, while failure or lack of power supply with flashing yellow light. Autonomous power supply of optoelectronic elements from a battery source allows the LEDs to flash for over eight hours, signaling a failure condition even if the power supply and transmission line is interrupted. The 1 minute time delay eliminates the sensitivity of the device to short-term disturbances in air flow.

185 298185 298

ffi· Ίffi · Ί

185 298185 298

FigdFigd

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. A device for determining the air flow velocity, consisting of two ultrasonic transmitting-receiving transducers positioned axially in relation to each other at an appropriate, predetermined distance and placed in a cylindrical housing, to which the measurement box of the electronic system adjoins, characterized in that inside each ultrasonic transducer (1 ) there is an ultrasound head (9) fixed by an elastic element (4) that eliminates the harmful transmission of acoustic signals over the structure elements and there is a permanently attached, at least two-color optoelectronic element (5) which is located outside each of the two transducers (1), while the ultrasound head (9) and the optoelectronic element (5) are connected by a two-core cable with the electronic system (10) located in the measuring box (3), the electrical inputs and outputs of which are connected via a terminal strip with the connector ( 7), mounted on the walls e of the box (3), and the optoelectronic element (5) is also powered from a battery source.

2. The device according to claim A device according to claim 1, characterized in that the measurement box (3) is detachably attached to a cylindrical shell (2), between which a sleeve (8) is placed, in which two ultrasonic transducers (1) are mounted.