Pierwszenstwo: Opublikowano: 29.XI.1969 58629 KI. 42 1,4/13 MKP G 01 n um UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr Stanislaw Holek, mgr inz. Edward Mar¬ szalek, mgr inz. Jan Koszelski, mgr inz. Leslaw Szymanski Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Sposób pomiaru zawartosci tlenku wegla w powietrzu i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru zawartosci tlenku wegla w powietrzu i urzadze¬ nie do stosowania tego sposobu.Wynalazek ma zastosowanie glównie w kopal¬ niach gazowych i niegazowych dla wykrywania i okreslenia w nich procentowej zawartosci tlen¬ ku wegla w powietrzu.Obecnie brak jest sposobu uniwersalnego do okreslenia tlenku wegla w powietrzu zawartym w kopalaniach gazowych i niegazowych.Zawartosc tlenku wegla w kopalniach gazowych okresla sie na przyklad rurkami wskaznikowymi wypelnionymi pieciotlenkiem jodu J205, przez któ¬ ry za pomoca recznej pompki przetlaczane jest powietrze zawierajace tlenek wegla. Tlenek we¬ gla utlenia sie do dwutlenku wegla zmieniajac barwe wypelniacza rurki na kolor ciemnozielony.W zaleznosci od dlugosci zabarwionego pasma okresla sie procentowa zawartosc tlenku wegla w powietrzu.Dla oznaczania tlenku wegla w powietrzu ko¬ palni niegazowych przetlacza sie powietrze kopal¬ niane przez zbiornik wypelniony hopkalitem pod¬ grzanym do temperatury 100°C, pelnionym funk¬ cje katalizatora. W sposobie tym tlenek wegla utenia sie na dwutlenek wegla, przy czym jed¬ noczesnie podnosi sie temperatura hopkalitu.Dzieki zabudowanym w zbiorniku termoparom od¬ czytuje sie róznice zaistnialej temperatury, prze¬ kazywana za pomoca termoelementów do mierni- 10 20 25 ka elektrycznego wycechowanego w skale wska¬ zujaca procentowa zawartosc tlenku wegla w po¬ wietrzu.Dla zwiekszenia dokladnosci pomiaru tlenku wegla w powietrzu znajdujacym sie w kopalniach niegazowych, stosuje sie poprzedni sposób, zwiek¬ szajac jedynie z dwóch do kilkuset termopar, któ¬ re tworza tak zwane termostosy. Dzieki temu spo¬ sobowi czulosc pomiaru wzrasta z 0,01% do 0,OÓl°/o objetosci tlenku wegla. Urzadzenie do pomiaru tlenku wegla w powietrzu za pomoca hopkalitu z termostosem sklada sie ze zbiornika, w którym umieszczony jest hopkalit wraz z termoparami.Zbiornik jest otoczony wezownica spiralna, przez która przeplywa para wodna sluzaca do pod¬ grzewania hopkalitu. Pare ta wytwarza sie w od¬ dzielnym kociolku wodnym podgrzewanym elek¬ trycznie. Za zbiornikiem zabudowana jest pompka zasysajaca badane powietrze, które przeplywa przez warstwe podgrzanego hopkalitu. W razie obecnosci tlenku wegla w powietrzu podnosi sie temperatura hopkalitu i termostosu, a wytworzo¬ ny w termostosie mikroprad jest wzmocniony zna¬ nym do tego celu urzadzeniem i przekazywany przewodowo na miernik, na którym odczytuje sie procentowa ilosc tlenku wegla.Wymienione sposoby wraz z urzadzeniem do tego celu sluzacym maja szereg wad.Mierzenie zawartosci tlenku wegla za pomoca rurki wskaznikowej jest nieciagle i wymaga sta- 58629,;; 3 lej obslugi, a do kazdego pomiaru niezbedna jest oddzielna rurka wskaznikowa, przy czym doklad¬ nosc pomiaru nie przekracza 0,01% tlenku wegla.Mierzenie zawartosci tlenku wegla za pomoca ter- mostosów nie nadaje sie do stosowania w kopal¬ niach gazowych, ze wzgledu na mozliwosc spowo¬ dowania wybuchu przez grzejnik elektryczny. Po¬ nadto wymaga dodatkowej obslugi na dole ko¬ palni dla uzupelnienia strat wody w kociolku.Celem wynalazku jest opracowanie ciaglego sposobu pomiaru tlenku wegla w powietrzu i urza¬ dzenie do tego celu, które moze byc stosowane w kopalniach gazowych i niegazowych, zapew¬ niajace bezpieczenstwo pracy oraz wczesne wy¬ krywanie zagrozen pozarowych.Cel ten osiagnieto przez opracowanie sposobu pomiaru tlenku wegla w powietrzu, polegajacym na osuszaniu powietrza kopalnianego, a nastepnie zasysaniu go wzglednie przetlaczaniu przez war¬ stwe hopkalitu o temperaturze otoczenia, oraz przeksztalcaniu efektu- cieplnego procesu katali¬ tycznego utleniania tlenku wegla na sygnal elek¬ tryczny za pomoca jednego lub wiecej termistorów, które przekazuja ten sygnal na miernik tlenku wegla. sposób ten zostal zrealizowany za pomoca urza¬ dzenia skladajacego sie z czujnika polaczonego z jednej strony z filtrem, a z drugiej z rotame- trem, przy czym rotametr polaczony jest z mi¬ mosrodowo-obrotowa pompa,, natomiast wewnatrz czujnika znajduje sie naczynie z hopkalitem oraz termistory polaczone z mostkiem Wheatstone'a, który polaczony jest z generatorem oraz poprzez wzmacniacz z prostownikiem do miernika i bi- stabilnego multiwibratora.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku ma sze¬ reg zalet. Pomiar tlenku wegla zawartego w po¬ wietrzu kopalnianym odbywa sie w sposób ciagly, dzieki czemu nadzór kopalniany w dyspozytorni jest informowany bez przerwy o zagrozeniu po¬ zarowym, mogac zawczasu przeciwdzialac, przy czym zbedna jest obsluga dolowa. Urzadzenie, dzieki wyeliminowaniu kociolka podgrzewanego grzejnikiem elektrycznym moze byc stosowane w kopalniach gazowych gdyz jest calkowicie iskro- bezpieczne. Przyrzad ten jest bardzo dokladny, gdyz mierzy stezenie tlenku wegla w powietrzu w zakresie od 0% do 0,01% objetosci tlenku wegla z dokladnoscia + 3%. Dodatkowa zaleta przyrza¬ du jest mozliwosc alarmowania w przypadku kry¬ tycznej zawartosci tlenku wegla w kopalnianym powietrzu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy detektora, fig. 2 — przekrój podluzny czujnika, fig. 3 — przestrzen¬ ny bieg kanalu wymiennika ciepla, fig. 4 — prze¬ krój podluzny pomopy, a fig. 5 — schemat ideo¬ wy generatora.Detektor, którego uklad przedstawia fig. 1 skla¬ da sie z czujnika 1 polaczonego od strony wlotu powietrza z filtrem 2, a od strony wylotu powie¬ trza z rotametrem 3, przy czy rotametr 3 pola¬ czony jest z mimosrodowo-obrotowa pompa 4. W 4 cylindrycznej sciance 5 czujnika 1 jest kanal 6 obiegu powietrza, który biegnie jak pokazano na fig. 3 — naprzemian po kolowych odcinkach 7 obejmujacych kat od 310° do 350° obwodu scian¬ ki 5 ' i lezacych wzgledem siebie równolegle 5 w plaszczyznach prostopadlych do osi 0 — 0' i po prostych odcinkach 8 równoleglych do tej osi.Scianka 5 czujnika 1 stanowi wymiennik ciepla.Z kanalem 6 laczy sie nasadka wlotowa 9 oraz 10 otwór wylotowy 10. W górnej czesci czujnika znaj¬ duje sie stozkowe gniazdo 11, do którego przyle¬ ga szczelnie stozkowa oprawa 12 z uchwytem 13 majaca otwór wylotowy 14 sluzacy do wylotu po¬ wietrza na zewnatrz czujnika. Wewnatrz czujnika 15 jest komora 15. Do stozkowej oprawy umocowane jest w sposób wymienny naczynie 16 wypelnione hopkalitem 17, w którego dnie znajduja sie rów¬ nolegle do osi czujnika otowory 18 sluzace do wlotu badanego powietrza. 20 W dnie 19 czujnika znajduje sie jeden lub kil¬ ka kompensacyjnych termistorów 20, w hopkalicie . znaurzony jest7jeden lub wiecej pomiarowych ter¬ mistorów 21 osadzonych w stozkowej oprawie 12.Do przetlaczania badanego powietrza zastosowano 25 mimosrodowo-obrotowa pompe 4 znaurzona wraz z silnikiem w oleju. Pompa zapewnia staly prze¬ plyw powietrza przez czujnik. W tym celu w po¬ krywie 22 uwidocznionej na fig. 4 znajduje sie otwór 23 lezacy w jej osi, i który laczy sie z ka- 30 nalem 24 znajdujacym sie w osi wirnika 25.Kanal 24 ma otwory wejsciowe 26 laczace go z wycieciami 27 sluzacymi do prowadzenia lopa¬ tek. Cylinder pompy 28 polaczony jest przewodem ssacym 29 z atmosfera. W przewodzie tym znaj- 35 duje sie Otwór 30 w poblizu wlotu powietrza do pompy.Cylinder 28 jest oddzielnym elementem korpu¬ su pompy 31 polaczony z nim rozlacznie. Dzieki temu rozwiazaniu gladz cylindra 28 mozna zna- 40 nymi sposobami utwardzac oraz latwo mechanicz¬ nie obrabiac.W przewód ssacy 29 wbudowany jest zbiornik wyrównawczy oleju '32, którego zadaniem jest za¬ bezpieczenie przed przeciekaniem oleju do czuj¬ nika, w przypadku unieruchomienia pompy mi- mosrodowej. Termistory polaczone sa mostkiem Wheatstone'a 33 i zbocznikowane równolegle opo¬ rami 34. Mostek jest zasilany poprzez transfor- 50 mator Tri z generatora 35 przedstawionego na fig. 5, który sklada sie z nieselektywnego tranzy¬ storowego wzmacniacza, zaopatrzonego w tranzy¬ story Tl i T2 oraz selektywnego toru sprzezenia zwrotnego w postaci mostka RC o konfiguracji zblizonej do podwójnej litery „T", zawierajacego opory Rl, R2, R3 i kondensatory Cl, C2 i C3. Po¬ wyzszy uklad zapewnia dostateczna stalosc czesto¬ tliwosci generatora.Mostek Wheatston'a polaczony jest równiez 60 przez wzmacniacz 36 i prostownik 37 z mierni¬ kiem 38 oraz stabilnym multiwibratorem 39. Urza¬ dzenie dziala w nastepujacy sposób. Po urucho¬ mieniu urzadzenia, pompa 4 zasysa badane powie¬ trze, które przeplywa przez filtr 2 oraz nasad- 65 ke 9 do czujnika 1 usredniajac swa temperature Cr 5 w wymienniku ciepla. Otworem 10 powietrze ma¬ jace temperature czujnika doplywa do komory 15, a z niej przez otwory 18 oplywa hopkalit 17 i te- mistory pomiarowe 21, po czym otworem 14 do¬ plywa do rotametru 3 skad za pomoca pomy 4 jest wydalane na zewnatrz urzadzenia.Termistory kompensacyjne 20 i pomiarowe 21 sa wlaczone w przylegle ramiona mostka 33, którego równowage ustala sie w gazie pozbawionym tlen¬ ku wegla. W przypadku obecnosci tlenku wegla w powietrzu, katalizator 17 zwieksza swa tempe¬ rature wskutek zachodzacej reakcji egzotermicz¬ nej utleniania tlenku wegla na dwutlenek wegla.Katalizator 17 zwieksza nastepnie temperature za¬ nurzonych w nim termistorów pomiarowych 21, co powoduje zmiane ich opornosci i zachwianie równowagi mostka. 33.Powstaje wtedy sygnal elektryczny w prze¬ katnej mostka, proporcjonalny do stezenia tlenku wegla w powietrzu. Jedna z przekatnych mostka 33 jest zasilana napieciem zmiennym rzedu kilku woltów pochodzacym z generatora 35. Napiecie istniejace na drugiej przekatnej mostka 33 rzedu kilku miliwoltów, zaleznie od zmian opornosci ter¬ mistorów powiarowych 21 a wiec i od zawartosci tlenku w^gla, zasila wejscie trójstopniowego wzmaniacza pomiarowego 36.Napiecie wyjsciowe wzmacniacza 36 po wypro¬ stowaniu dwupolówkowym prostownikiem 37 po¬ dawane jest na magnetoelektryczny mikroampe- romierz 38, wskazujacy bezposrednio procentowa zawartosc tlenku wegla w badariym powietrzu.Ponadto wyprostowane napiecie wyjsciowe poda¬ wane jest na asymetryczny bistabilny multiwibra- tor 39 o sprzezeniu emiterowym celem zasygnali¬ zowania uprzednio nastawianej krytycznej warto¬ sci tlenku wegla. Zarówno pomiar ciagly jak i. wartosc krytyczna tlenku wegla moga byc prze¬ kazywane na odleglosc do dyspozytorni.Przyrzad wedlug wynalazku wykazuje szereg za¬ let, umozliwia pomiar ilosci tlenku wegla w spo¬ sób ciagly i jest iskrobezpieczny, co ma specjalne duze znaczenie w kopalniach gazowych, przyrzad ten ma latwosc wzmacniania sygnalu pomiarowe¬ go do poziomu* umozliwiajacego przekazywanie wyników na odleglosc, ponadto przyrzad ten po¬ daje sygnal stanu alarmowego do dyspozytorni na: bezstykowym podlaczeniu. Zakres pomiaru przy¬ rzadu wynosi od 0,0002% objetosci tlenku wegla, a jego dokladnosc wskazan jest rzedu + 3%, co jest specjalnie wazne dla wczesnego wykrywania pozarów kopalnianych. PL