ublifcpwano dnia 2$ czerwca 1963 l *I21% l4* .4 POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 47052 KI 42 o, 15 KI. internat. G 01 p Glówny Instytut Górnictwa*) Katowice, Polska Czujnik anemometryczny do zdalnych pomiarów predkosci powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych Patent trwa od dnia 30 lipca 1962 r.Przedmiotem, wynalazku jest czujnik anemo¬ metryczny do zdalnych ciaglych pomiarów predkosci przeplywu powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych, zwlaszcza w wyrobi¬ skach górniczych.Wtescfwa kontrola przeplywu powietrza przez poszczególne wyrobiska korytanzowe w górnictwie, zapewnia zatrudnionej tara zalo¬ dze doplyw tlenu. Wszelkie zaburzenia w pra¬ widlowym dopiywie i odplywie powietrza wy¬ robiskami korytarzowymi, powinny byc jak naj¬ szybciej sygnalizowane, aby w pore mozna ustalic przyczyne i usunac usterki. Zachodzi wiec potrzeba zastosowania zdalnego pomiaru predkosci przeplywu powietrza w poszczegól¬ nych wyrobiskach górniczych, aby centralnie w sposób ciagly obserwowac prawidlowosc obiegu powietrza na terenie danego poziomu *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa doc mgr inl Zbigniew Zwierzycki i inl Grzegorz Zawadzki. wydobywczego lub calej kopalni i na tej pod¬ stawie eliminowac wszelkie odchylenie w tym obiegu.Dotychczas nie znane odpowiednich urzadaen lub przyrzadów do zdalnych pomiarów predko^ sci przeplywu powietrza w wyrobiskach* górni¬ czych. Stosowane dotychczas zwykle statyczne anemometry wahadlowe nadaly te podstawowa wade, ze informowaly zaloge tylko na nfejpcu ich zabudowania i to bardzo e&fiki&e, a wicie o istnieniu przeplywu* o- predkosci przeplywu Mb o calkowitym zanilul przeplywu^ Powazna wada tych aaiomontetrsw byla takze mala dokladnosc wskazan, zwlaszcza przy wielkich wahaniach predkosci przeplywu w chodnikach górniczych. Zdarza sie czesto; ze doplyw powietrza nie tylko zarnika* ale ade- znacznie sie cofa, asp. przy powatafyefe poza¬ rach. W tych róznych przypadfcarift znane ame- mometry wahadlowe ze wzgledu na nafy za¬ kres czulosci w ogóle nie wykazywaly tego cofniecia przeplywu powietrza. Do dokladniej-szych przyrzadów stosowanych w górnictwie naleza anemometry dynamiczne, a mianowicie anemometry skrzydlowe i czasowe, jednak wskazania ich mozna tez tylko odczytywac na miejscu zabudowania. Dodatkowa lecz powazna wada tych przyrzadów jest ich skomplikowana budowa i to, ze moga je w zasadzie stosowac tylko do pojedynczych pomiarów wyspecjalizo¬ wane górnicze ekipy pomiarowe. Z tego powo¬ du przyrzady te nie moga byc wykorzystane do ciaglej kontroli predkosci przeplywu powietrza jednoczesnie we wszystkich najwazniejszych wyrobiskach korytarzowych, danego poziomu wydobywczego lub calej kopalni.Czujnik anemometryczny wedlug niniejszego wynalazku usuwa dotychczasowe wady i ma te wielka zalete, ze pozwala zdalnie i w sposób ciagly obserwowac predkosc przeplywu powie¬ trza, w zasadzie jednoczesnie w dowolnej licz¬ bie wyrobisk górniczych znajdujacych sie na danym poziomie wydobywczym lub w calej ko¬ palni.Czujnik sklada sie z dwóch niezaleznych od siebie ukladów anemometryczno-magnetycz- nych dostosowanych do róznych zakresów po¬ miarów. Kazdy uklad jest zaopatrzony w plyt¬ ke wahadlowa odchylana przeplywajacym po¬ wietrzem oraz w indukcyjny przetwornik sprzezony magnetycznie z plytka wahadlowa.Poszczególne uklady róznia sie tylko zakresem pomiaru i tak, uklad pierwszy dzieki temu, ze jest zaopatrzony w plytke o odpowiednio duzej powierzchni jest przystosowany do pomiaru najmniejszych predkosci, a uklad drugi zaopa¬ trzony w mniejsza plytke jest przeznaczony do pomiarów wiekszych predkosci przeplywajace¬ go powietrza. Wielkosci plytek sa tak dobrane, ze przy zwiekszajacych sie predkosciach po¬ wietrza najpierw zadziala uklad pierwszy az do maksymalnego poziomego wychylenia plytki wahadlowej, a nastepnie dopiero zacznie od¬ chylac sie plytka wahadlowa drugiego ukladu.Ruch plytek przekazywany jest nie mechanicz¬ nie lecz magnetycznie do poszczególnych róz¬ nicowych przetworników indukcyjnych, w któ¬ rych zmieniajaca sie opornosc indukcyjna po¬ woduje zmiane równowagi mostka elektryczne¬ go i przekazanie tych zmian na wymagana od¬ leglosc do odbiornika kontrolno-pomiarowego.Tak wykonana konstrukcja czujnika ma sze¬ reg zalet. Podstawowa zaleta jest mozliwosc przekazywania na znaczna odleglosc doklad¬ nych wyników pomiaru zarówno dla malych jak i duzych predkosci powietrza, czego do¬ tychczas nie osiagnieto znanymi anemometrami statycznymi. Stalo sie to mozliwe przy zastoso¬ waniu dwustopniowego dzialania czujnika przez dwa oddzielne uklady, oraz dzieki wyelimino¬ waniu z tych ukladów wszelkich mechanizmów obrotowych, które by hamowaly ruch plytek wahadlowych lub ulegaly by uszkodzeniom od przeplywajacego zanieczyszczonego powietrza kopalnianego. W czujniku wedlug wynalazku plytki wahadlowe zostaly zawieszone za pomo¬ ca elastycznego materialu, a moment obrotowy tych plytek jest przekazywany magnetycznie do indukcyjnego przetwornika, w którym sa osa¬ dzone obrotowo zelazne rdzenie mogace zmie¬ niac swoje polozenie w cewkach indukcyjnych zamocowanych na stale. Takie polaczenie ply¬ tek wahadlowych z przetwornikiem pozwala po¬ za tym na wyeliminowanie z ukladu pomiaro¬ wego wplywu naglych pulsacji powietrza, spo¬ wodowanych np. przejazdem pociagu kopalnia¬ nego lub przejsciem ludzi. Dalsza zaleta czuj¬ nika jest sygnalizowanie przypadku, gdy nasta¬ pilo odwrócenie przeplywu powietrza np. na skutek powstalego pozaru lub wybuchu gazów.Osiagnieto to dzieki opisanym wyzej dwom ukladom anemometrycznym, z których pierwszy uczulony na pomiar przeplywu powietrza o ma¬ lych predkosciach i zaopatrzony w plytke wa¬ hadlowa przystosowana do wychylen w kie¬ runku przeciwnym, przekazuje te zmiany do odbiornika. Jeszcze inna zaleta czujnika jest je¬ go prosta budowa, niezawodne i trwale dziala¬ nie, oraz iskrobezpiecznosc uzyskana przez za¬ stosowanie odpowiedniego ukladu elektrycznego i przez oddzielne umieszczenie w calkowicie zamknietej obudowie przetwornika uruchamia¬ nego droga posrednia, magnetycznie.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czujnik w widoku z boku i czesciowym przekroju, fig. 2 — w przekroju wzdluz linii A—A zaznaczo¬ nej na fig. 1, fig. 3 — w przekroju wzdluz linii B—B zaznaczonej na fig. 1, fiig. 4 — w prze¬ kroju wzdluz lini C—C zaznaczonej na fig. 3, a fig. 5 — blokowy schemat elektryczny czuj¬ nika i odbiornika.W obudowie wykonanej z siatki drucianej 1 sa umieszczone dwa anemometryczne uklady Ul i TJ2, o podobnej konstrukcji. Kazdy z ukladów sklada sie z wahliwej plytki 2 zamocowanej do wsporników 3 za pomoca tasmy 4 wykonanej z odpowiedniej elastycznej tkaniny, oraz z in¬ dukcyjnego przetwornika P umieszczonego na bocznej sciance obudowy na przedluzeniu osi — 3 —wychylenia plytek 2. Do plytek 2 z jednej stro¬ ny sa zamocowane przeciwwagi 5 przeznaczone do wyregulowania odpowiednich czulosci i za¬ kresu pomiaru poszczególnych ukladów anemo- metrycznych, a z drugiej strony sa zamocowa¬ ne magnetyczne zwory 6 uruchamiajace obroto¬ wo osadzone rdzenie elektromagnesów w prze¬ twornikach P. Zasadniczy zakres pomiaru kaz¬ dego z ukladów Ul i U2 ustalaja odpowiednie Wielkosci plytek 2 i tak, uklad Ul przeznaczony do pomiaru najmniejszych predkosci ma plytke o duzej powierzchni, a uklad U2 przeznaczany do pomiaru najwiekszych predkosci przeplywu powietrza ma plytke o stosunkowo mniejszej (powierzchni, przy czym stosunek wielkosci ply¬ tek jest tak dobrany, aby najmniejsza predkosc powietrza mierzona przez uklad U2 równal sie najwiekszej predkosci mierzonej przez uklad UL Poczatkowe polozenie katowe wahliwych plytek 2 czujnika znajduje sie przy najwiekszej przyjetej predkosci powietrza w kierunku prze¬ ciwnym do jego przeplywu.Indukcyjny przetwornik P ma obudowe zamknieta, wykonana z materialu niemagne¬ tycznego, i jest zaopatrzony wewnatrz w dwie osadzone nieruchomo i przesuniete wzgledem siebie o kat 180° cewki indukcyjne LI i L2 lub L3 i L4 kazda o ksztalcie pólpierscienia, w dwa plaskie magnesy ferrytowe 7 osadzone na wal¬ ku 8 i przeznaczone do przenoszenia momentu obrotowego ze zwory 6 umieszczonej na plytce 2 na walek 8, oraz w dwa pólokragle zelazne rdzenie 9 zamocowane do obrotowego walka 8 na przemian tak, aby przy obrocie walka 8 je¬ den z rdzeni wsuwal sie do wnetrza cewki LI, a drugi jednoczesnie wysuwal sie z cewki L2, powodujac w pierwszym przypadku przyrost a w drugim zmniejszenie indukcyjnosci tych ce¬ wek. W takim ukladzie indukcyjny przetwornik P dziala róznicowo a jego cewki LI i L2 w ane- mometrycznym ukladzie Ul i cewki L3 i L4 w ukladzie U2 zaopatrzone w ruchome rdzenie 9 stanowia podstawowa czesc elektrycznego ukla¬ du nadawczego dla zdalnego przekazywania po¬ miaru. Kat dzialania ruchomych rdzeni, dla jednoznacznego okreslenia zmian elektrycznych odpowiadajacych danym zakresom pomiarowym w ukladzie Ul i U2 jest mechanicznie ograni¬ czony oporami 10 i 11. Wnetrze przetwornika P jest wypelnione olejem w celu wyeliminowania naglych nieuzasadnionych wychylen plytki 2.Schemat ukladu elektrycznego anemome- trycznego czujnika wedlug wynalazku jest przedstawiony przykladowo na fig. 5. Uklad ten sklada sie z polaczonych ze soba elektrycznie dwóch przetworników P przynaleznych do po¬ szczególnych ukladów anemometrycznych Ul i U2, linii telemetrycznej T i odbiornika O.Cewki indukcyjne przetworników P lacza sie ze soba szeregowo na przemian tworzac dwie ga¬ lezie elektryczne. Z jednej strony sa ze soba polaczone szeregowo cewki LI i L3 i dodatko¬ wa LO, tworzac jedna galaz elektryczna, a z drugiej strony cewki L2 i L4 tworzac dru¬ ga wspólna galaz obydwu ukladów anemome¬ trycznych Ul i U2. Poszczególne galezie elek¬ tryczne przetworników P sa polaczone za po¬ moca trójzylowej linii telemetrycznej T z za¬ ciskami wejsciowymi odbiornika O tworzac uklad mostka elektrycznego razem z transfor¬ matorem róznicowym M odbiornika. Odbiornik O sklada sie ze zródla zasilania E, transforma¬ tora róznicowego M, miernika wskazujacego W, z ukladu sygnalizacyjnego zaopatrzonego w lam¬ py A i U oraz z dzwonka D. Iskrobezpiecznosc ukladu zostala osiagnieta przez zalaczenie zród¬ la zasilania E z opornikiem Ro w przekatna za¬ silajaca Z mostka. Pozostale oporniki Rl za¬ laczone w galezie mostka, zapewniaja takze iskrobezpiecznosc ukladu pomiarowego oraz pozwalaja na sygnalizowanie w odbiorniku O lampka U uszkodzen linii telemetrycznej T.Wyzej opisany czujnik anemometryczny dzia¬ la w sposób nastepujacy.W czasie braku przeplywu powietrza przez czujnik, plytki 2 obu ukladów Ul i U2 znajdu¬ ja sie w pozycji pionowej. Z chwila gdy roz¬ poczyna sie przeplyw, nastepuje wzrost induk¬ cyjnosci cewki LI a zmniejszenie indukcyjnosci cewki L2, poniewaz w tym czasie plyt¬ ka 2 w ukladzie Ul ulega wychyleniu, a w ukla¬ dzie U2 pozostaje jeszcze w pozycji pionowej nie powodujac zmian indukcyjnosci cewek L3 i L4. Na skutek zaistnialych zmian indukcyj- . nosci w ukladzie Ul, mostek staje sie' niezrów¬ nowazonym i nastepuje wychylenie wskazówki miernika W odbiornika 0.Przy wzroscie predkosci przeplywu nastepuje dalsze niezrównowazenie mostka na skutek przyrostu indukcyjnosci cewki LI i malenia in¬ dukcyjnosci cewki L2 i wychylenie wskazówki miernika W. Po wyczerpaniu zakresu pomiaro¬ wego ukladu Ul t.zn. po wychyleniu sie plytki przynaleznej temu ukladowi o kat odpowiada¬ jacy maksymalnej predkosci jej zakresu pomia¬ rowego, zaczyna odchylac sie plytka 2 ukladu U2, nastepuje przyrost indukcyjnosci cewki L3 i malenie indukcyjnosci cewki L4. W tym sa- — I —mym oaase1 anemmetryczny oklad 172 prze¬ staje odóMalywac. na dalsae zwnany indukeyy- nosci cewek- LI i £?, a ich dotychczasowe war¬ tosci odpowiednio sumuja sie ze zmianami in- dukcyjnosci ukladu 172. Mostek ulega zwiekszo¬ nemu mezrownowazeniu i nastepuje jeszcze wieksze wychylenie wskazówki miernika W od¬ biornika O; Dalsze zmiany indukcyjnosci trwa¬ ja tak dlugo, az predkosc powietrza nie osiag¬ nie maksymalnej wartosci dla lacznego zakresu pomiarowego obydwu ukladów Ul i U2 czuj¬ nika.Przy zmniejszaniu sie predkosci powietrza od wartosci maksymalnej, przebieg dzialania czuj¬ nika jest odwrotny do chwili* gd nastapi zu¬ pelny brak przeplywu powietrza, tzn. do chwi- li ustawienia sie obydwu plytek wychylowych w pozycji pionowej. Od tej enwfff bowiem za¬ czyna, sie sygnaiizooauiie aniMy kieranlm prze plywu powietrza. Wzrost przeplywa powietrza w kierunku przeciwnym powojuje wychylenie plytki 2 ukladu anemoMetrycmego TO taUe w kiaraadh* uiaBtiwi^w. Wokaiek tego naleje ifidnkcyjnoofc cewki LI i wzrost indufccyfooori cewki L2l Proces ten trwa tak dlogc* ad mostek elektryczny nie znajdzie sie w równowadze.Przeplyw powiew/za w kierunku przeciwnym nie moze nigdy bjrd zbyt dozy, dlatego dla ce¬ lów sygnalizacyjnych i pomiarowych w gór¬ nictwie wystarczy zakrea pomiaru jaM sn* plytka wychylowa ukladu UL Plytka wychy¬ lowa ukladu Ul przy przeciwnym kierunku przeplywu powietrza, nie powoduje, dlatego, zadnych zmian indukcyjnosci cewek 1*3 i LiL PL