PL236485B1 - System kalibracji czujnika gazu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system kalibracji czujnika gazu znajdujący zastosowanie, zwłaszcza do kalibracji czujników służących do wykrywania niebezpiecznego stężenia gazów.

Z opisu chińskiego wynalazku nr CN104678061 znany jest przenośny detektor gazów składający się z głównego modułu kontrolnego, modułu zasilającego, modułu zbierania informacji adresowych, modułu wykrywania napięcia, czujnika, modułu alarmu dźwiękowo-świetlnego, moduł wyświetlacza, modułu komunikacji i zegara czasu rzeczywistego. Detektor gazu ujawniony w tym wynalazku może być używany do wykrywania czterech gazów, mianowicie metanu, dwutlenku węgla, tlenku węgla i tlenu, w środowiskach zawierających gazy wybuchowe, takich jak podziemia kopalń węgla, i może być wykorzystywany do pozyskiwania informacji lokalizacji geograficznej na linii bezpieczeństwa wymagającej kontroli dzięki funkcji elektronicznego patrolowania, detektor jest przenośny podczas obchodu i detektor może być wykorzystany jako stacjonarny wielofunkcyjny czujnik w komorach schronieniowych i podobnych miejscach. Detektor ma funkcje gromadzenia danych, komunikacji, ręcznej kalibracji, czujnik wykrywania uszkodzeń i tym podobne. Ponadto, dzięki ważnemu czujnikowi metanol/dwutlenek węgla typu dwa w jednym pracującym w podczerwieni uzyskano poprawienie dokładności pozyskiwania i stabilności gazu i wydłuża się okres użytkowania czujnika.

Z opisu amerykańskiego wynalazku nr US9683977B2 znany jest schemat urządzenia zmniejszającego obciążenie i zwiększającego przepustowość radiowych sieci bezprzewodowych czujników gazu. Urządzenie zawiera bezprzewodowy nadajnik-odbiornik procesora monitorującego i odczytującego stan czujników gazu z wielu lokalizacji położonych we wcześniej określonym obszarze geograficznym, z których każdy mierzy cyklicznie bieżący poziom gazu w odpowiednim miejscu, procesor czujnika gazu porównuje aktualny poziom gazu z wcześniej zmierzonym poziomem gazu, jeśli aktualny poziom jest inny niż poprzedni poziom gazu, to wtedy czujnik gazu bezprzewodowo przesyła komunikat z bieżącym odczytem poziomu do bezprzewodowego nadajnika-odbiornika procesora monitorującego, a jeżeli aktualny poziom gazu nie zmienił się od poprzedniego odczytu, wówczas czujnik gazu przesyła komunikat do bezprzewodowego nadajnika-odbiornika procesora monitorującego wskazując, że bieżący poziom gazu nie uległ zmianie względem poprzedniego poziomu.

W niniejszym opisie patentowym przez moduł rozumie się wyodrębnioną fizycznie część układu pomiarowego pełniącą ściśle określoną funkcję lub kilka funkcji (np. sterowanie elektrozaworami i wymiana danych, wyświetlanie parametrów gazu i wymiana danych). W przypadku uszkodzenia modułu może on być bardzo szybko zastąpiony identycznym modułem.

W opisanych wyżej rozwiązan iach, jak i w rozwiązaniach znanych z ogólnego stanu techniki czujniki mające wbudowany interfejs użytkownika są często niewygodne w użytkowaniu, a zwłaszcza w czasie czynności serwisowych, np.: kalibracji okresowej, gdyż czujnik może znajdować się w trudnodostępnym miejscu, wyświetlacz jest zwykle niewielki a klawiatura (lub też inne mechanizmy wprowadzania danych) niewygodna. Takie rozwiązania są też stosunkowo drogie. Znane są też rozwiązania systemów kalibracji czujników gazu, w których czujnik (element pomiarowy) jest połączony bezpośrednio z modułem sterowniczym (panelem operatorskim HMI z j. ang. Human Machinę Interface). Połączenie pomiędzy czujnikiem a modułem sterowniczym może być przewodowe (elektryczne - przewód, optyczne - światłowód) lub bezprzewodowe np. radiowe, bezprzewodowe złącze optyczne. Ręczne podawanie gazów wzorcowych na czujnik w trakcie kalibracji może być przyczyną błędów, zwłaszcza gdy trzeba określić czas reakcji czujnika. Kalibracja wymaga pewnej wprawy i doświadczenia od operatora, na wynik mogą mieć wpływ różnego rodzaju czynniki zewnętrzne np. pogoda.

Celem wynalazku było dostarczenie rozwiązania konstrukcyjnego systemu kalibracji czujnika gazu z możliwością prostej, wygodnej, niezawodnej i ekonomicznej kalibracji. Celem wynalazku było też zminimalizowanie kosztów eksploatacji układów wymagających wielu czujników i ich kalibracji.

Istotą wynalazku jest system kalibracji czujnika gazu składający się z czujnika gazu, rozłączalnej maski kalibracyjnej z wlotem/wylotem gazu oraz źródła gazu charakteryzujący się tym, że czujnik gazu zawiera nadajnik-odbiornik łącza czujnika, a rozłączalna maska kalibracyjna zawiera nadajnik-odbiornik łącza czujnika, sterownik maski kalibracyjnej oraz nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego, a ponadto system kalibracji zawiera moduł sterowniczy z nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego.

PL 236 485 B1

Korzystnie rozłączalna maska kalibracyjna zawiera moduł sterowniczy.

Korzystnie rozłączalna maska kalibracyjna zawiera moduł sterowniczy i co najmniej jeden elektrozawór sterowany przez sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej.

Korzystnie system kalibracji czujnika gazu dodatkowo składa się z modułu elektrozaworów, w którym znajdują się: co najmniej jeden elektrozawór, sterownik elektrozaworu, nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego.

Korzystnie sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej wysyła, poprzez nadajnik-odbiornik łącza czujnika, do czujnika gazu sygnały o umieszczeniu rozłączalnej maski kalibracyjnej na czujniku gazu.

Korzystnie zasilanie rozłączalnej maski kalibracyjnej jest przekazywane z czujnika gazu i/lub modułu sterowniczego poprzez nadajnik-odbiornik łącza czujnika i/lub nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego.

System kalibracji czujnika gazu według wynalazku składa się z czujnika gazu, rozłączalnej maski kalibracyjnej, modułu sterowniczego oraz modułu elektrozaworów. Podzespoły te mają nadajniki odbiorniki umożliwiające wymianę danych pomiędzy nimi. Czujnik gazu dokonuje pomiaru stężenia gazu i posiada nadajnik-odbiornik łącza czujnika. Rozłączalna maska kalibracyjna ma: wlot/wylot gazu, nadajnik-odbiornik łącza czujnika i nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego, sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej. Wlot/wylot gazu umożliwia połączenie źródła gazu do kalibracji z rozłączalną maską kalibracyjną. Nadajnik-odbiornik łącza czujnika umożliwia wymianę danych pomiędzy czujnikiem gazu a rozłączalną maską kalibracyjną, nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego umożliwia wymianę danych pomiędzy rozłączalną maską kalibracyjną a modułem sterowniczym lub modułem elektrozaworów. Zasilanie maski kalibracyjnej, panelu sterowniczego następuje poprzez znane źródła zasilania takie jak np.: bateria, akumulator, lub zasilacz podłączalny do zewnętrznego źródła zasilania. Ponadto, w korzystnym przykładzie wykonania zarówno poprzez nadajnik-odbiornik łącza czujnika jak i poprzez nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego może przebiegać zasilanie rozłączalnej maski kalibracyjnej.

Sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej pośredniczy (np. ze względu na różne protokoły wymiany danych) w wymianie danych pomiędzy maską kalibracyjną a modułem sterowniczym lub modułem elektrozaworów. Moduł sterowniczy ma nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego umożliwiający wymianę danych z rozłączalną maską kalibracyjną lub modułem zaworów. Modułem sterowniczym może być np. panel sterowniczy. Moduł sterowniczy może być zintegrowany z rozłączalną maską kalibracyjną, w tym przypadku może on pełnić jednocześnie funkcję nadajnika-odbiornika łącza modułu sterowniczego z maską. W czasie kalibracji czujnika gazu rozłączalna maska kalibracyjna znajduje się na czujniku gazu i jest połączona przez wlot/wylot gazu ze źródłem gazu. Aby skalibrować czujnik gazu należy rozłączalną maskę kalibracyjną umieścić na elemencie pomiarowym czujnika gazu, rozłączalną maskę kalibracyjną połączyć przez wlot/wylot gazu ze źródłem gazu, uruchomić przepływ gazu przez rozłączalną maskę kalibracyjną, po pojawieniu się odpowiedniego komunikatu lub w odpowiednim, opisanym w dokumentacji technicznej, momencie zamknąć przepływ gazu do maski kalibracyjnej. Uruchomienie i zatrzymanie przepływu gazu do rozłączalnej maski kalibracyjnej może zostać dokonane ręcznie na źródle gazu lub automatycznie przez elektrozawór. Otwieranie i zamykanie elektrozaworu sterowane jest przez sterownik elektrozaworu, którego funkcję może też pełnić, w odpowiednich konfiguracjach rozwiązania, sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej bądź moduł sterowniczy. Więcej niż jeden elektrozawór umożliwia automatyczne podawanie do rozłączalnej maski kalibracyjnej więcej niż jednego gazu służącego do kalibracji, czyli automatyczną kalibrację wieloma gazami. Umieszczenie elektrozaworu lub elektrozaworów w osobnym module (wraz ze sterownikiem elektrozaworu i nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego) ułatwia zastosowanie kilku elektrozaworów o znacznych gabarytach. Sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej znajdującej się na czujniku gazu wysyła do czujnika gazu sygnały o rozpoczęciu i zakończeniu kalibracji lub też komunikat o obecności rozłączalnej maski kalibracyjnej na czujniku.

Moduł sterowniczy może być zintegrowany z rozłączalną maską kalibracyjną i elektrozawór może znajdować się w dołączalnym module elektrozaworów wraz z nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego i sterownikiem elektrozaworu.

System kalibracji czujnika gazu według wynalazku umożliwia kalibrację wielu czujników gazu za pomocą jednej rozłączalnej maski kalibracyjnej, jednego modułu sterowniczego i jednego modułu elektrozaworów. Rozłączalna maska kalibracyjna może zostać umieszczona na czujniku gazu i po przeprowadzeniu kalibracji czujnika gazu można ją przenieść w inne miejsce. Moduł sterowniczy może jednocześnie sterować kalibracją wielu czujników gazu i dokonywać odczytu danych z kilku czujników gazu.

PL 236 485 B1

W zależności od potrzeb, moduł sterowniczy może być również zintegrowany z rozłączalną maską kalibracyjną. Jedna, rozłączalna maska kalibracyjna może być wykorzystywana do kalibracji czujników gazu, które wymagają zastosowania różnych gazów do kalibracji, wtedy elektrozawór (wraz ze sterownikiem elektrozaworu i nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego) może znajdować się w dołączalnym module elektrozaworów. Rozwiązanie takie ułatwia i przyspiesza podłączanie różnych pojemników z gazami do kalibracji (przez elektrozawór) do maski kalibracyjnej. Rozłączalna maska kalibracyjna znajdująca się na czujniku gazu wysyłając sygnały do czujnika gazu informuje go o swojej obecności, a także o rozpoczęciu i zakończeniu kalibracji, co zapobiega błędnym odczytom z czujnika gazu w trakcie kalibracji (np. w czasie kalibracji nie zostanie włączony alarm o przekroczeniu dopuszczalnego stężenia gazu).

Zastosowanie systemu kalibracji czujnika gazu według wynalazku przynosi korzystne skutki ekonomiczne i ułatwia kalibrację czujników gazowych. Ponadto, dzięki przesyłowi informacji pomiędzy rozłączalną maską kalibracyjną a czujnikiem gazu o podłączeniu maski do czujnika, podnoszone jest bezpieczeństwo chronionego obiektu przemysłowego, w którym umieszczone są czujniki gazu. Czujnik gazu, odbierając informację o podłączeniu rozłączalnej maski kalibracyjnej, może przekazać sygnał do obsługi technicznej o obecności bądź pozostawieniu maski kalibracyjnej na czujniku gazu po zakończeniu czynności serwisowych, w tym także wskutek np. nieuwagi. Pozostawiona na czujniku maska może odcinać dopływ powietrza mierzonego („otaczającego” czujnik gazu) do czujnika. Powoduje to powstanie sytuacji niebezpiecznej, w której system łączący poszczególne czujniki z obsługą techniczną przekazywał będzie informację o pełnej sprawności czujnika gazu, jednakże czujnik ten będzie odcięty od mierzonej atmosfery.

Wynalazek przedstawiono w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku, na którym odpowiednie figury przedstawiają:

fig. 1 - schemat systemu kalibracji czujnika gazu, fig. 2 - schemat drugiej postaci systemu kalibracji czujnika gazu z modułem sterowniczym zintegrowanym z rozłączalną maską kalibracyjną, fig. 3 - schemat trzeciej postaci systemu kalibracji czujnika gazu z elektrozaworem znajdującym się w rozłączalnej masce kalibracyjnej, fig. 4 - schemat czwartej postaci systemu kalibracji czujnika gazu z elektrozaworem znajdującym się w dołączalnym module elektrozaworów wraz ze sterownikiem elektrozaworu i nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego.

Przedstawiony na rysunku fig. 1, przykład wykonania systemu kalibracji czujnika gazu składa się z czujnika gazu 1 z nadajnikiem-odbiornikiem łącza czujnika 5a, rozłączalnej maski kalibracyjnej 2 z wlotem/wylotem gazu 3, nadajnikiem-odbiornikiem łącza czujnika 5a, nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego 5b, sterownikiem rozłączalnej maski kalibracyjnej 6, źródła gazu 4; modułu sterowniczego 7 z nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego 5b. Rozłączalna maska kalibracyjna 2 przyłożona jest do czujnika gazu 1 i jest połączona ze źródłem gazu 4 przez wlot/wylot gazu 3. Nadajniki-odbiorniki łącza czujnika 5a znajdujące się w czujniku gazu 1 oraz w rozłączalnej masce kalibracyjnej umożliwiają wymianę danych pomiędzy czujnikiem gazu 1 a rozłączalną maską kalibracyjną 2. Wymiana danych między rozłączalną maską kalibracyjną 2 a modułem sterowniczym 7 jest możliwa dzięki nadajnikom-odbiornikom łącza modułu sterowniczego 5b znajdującym się na rozłączalnej masce kalibracyjnej 2 i module sterowniczym 7.

Rysunek fig. 2 przedstawia przykład wykonania drugiej postaci wynalazku, która różni się od pierwszej tym, że moduł sterowniczy 7 jest zintegrowany z rozłączalną maską kalibracyjną 2.

Rysunek fig. 3 przedstawia przykład wykonania trzeciej postaci wynalazku, która różni się od pierwszej tym, że moduł sterowniczy 7 jest zintegrowany z rozłączalną maską kalibracyjną 2 i maska kalibracyjna 2 zawiera elektrozawór 8.

Ponadto, w przypadku gdy moduł sterowniczy 7 zintegrowany jest z rozłączalną maską kalibracyjną 2 (jak w przykładzie wykonania wynalazku przedstawionym na rysunku fig. 2 i fig. 3), może on jednocześnie pełnić funkcję sterownika rozłączalnej maski kalibracyjnej 6 - w takim przypadku sam sterownik maski kalibracyjnej 6 jest zbędny.

Rysunek fig. 4 przedstawia przykład wykonania czwartej postaci wynalazku, która różni się od pierwszej tym, że elektrozawór 8 znajduje się w dołączalnym module elektrozaworów 9 wraz z nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego 5b i sterownikiem elektrozaworu 10. Nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego 5b znajdujący się na module elektrozaworów 9 umożliwia wymianę danych z rozłączalną maską kalibracyjną 2 lub z modułem sterowniczym.

PL 236 485 B1

Chociaż w przykładzie wykonania wynalazku uwidocznionym na fig. 2 i 3 moduł sterowniczy 7 jest połączony tylko ze sterownikiem rozłączalnej maski kalibracyjnej 6, łączącym się z nadajnikiem-odbiornikiem 2, to możliwe są alternatywne rozwiązania, w których moduł sterowniczy 7 jest dodatkowo połączony bezpośrednio z nadajnikiem-odbiornikiem łącza czujnika.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. System kalibracji czujnika gazu składający się z czujnika gazu (1), rozłączalnej maski kalibracyjnej (2) z wlotem/wylotem gazu (3) oraz źródła gazu (4), znamienny tym, że czujnik gazu (1) zawiera nadajnik-odbiornik łącza czujnika (5a), a rozłączalna maska kalibracyjna (2) zawiera nadajnik-odbiornik łącza czujnika (5a), sterownik maski (6) oraz nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego (5b), ponadto system kalibracji zawiera moduł sterowniczy (7) z nadajnikiem-odbiornikiem łącza modułu sterowniczego (5b).

2. System kalibracji według zastrz. 1, znamienny tym, że rozłączalna maska kalibracyjna (2) zawiera moduł sterowniczy (7).

3. System kalibracji według zastrz. 1, znamienny tym, że rozłączalna maska kalibracyjna (2) zawiera moduł sterowniczy (7) i co najmniej jeden elektrozawór (8) sterowany przez sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej (6) lub moduł sterowniczy (7).

4. System kalibracji według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo składa się z modułu elektrozaworów (9), w którym znajdują się: co najmniej jeden elektrozawór (8), sterownik elektrozaworu (10), nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego (5b).

5. System kalibracji według zastrz. 1 lub 2, lub 3, lub 4, znamienny tym, że sterownik rozłączalnej maski kalibracyjnej (6) wysyła, poprzez nadajnik-odbiornik łącza czujnika (5a), do czujnika gazu (1) sygnały o umieszczeniu rozłączalnej maski kalibracyjnej (6) na czujniku gazu.

6. System kalibracji według zastrz. 1 lub 2, lub 3, lub 4, znamienny tym, że zasilanie rozłączalnej maski kalibracyjnej (6) jest przekazywane z czujnika gazu (1) i/lub modułu sterowniczego (7) poprzez nadajnik-odbiornik łącza czujnika (5a) i/lub nadajnik-odbiornik łącza modułu sterowniczego (5b).