RO107036B1 - Metoda discontinua, de detectare a unui gaz combustibil - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la o metodă discontinuă de detectare a gazului combustibil, într-un mediu gazos ca, de exemplu, aerul.

O metodă cunoscută de detectare a gazului combustibil din aer folosește un filament, în general, din platină, care este încălzit prin efect Joule, la trecerea prin el a unui curent electric. Gazul combustibil, conținut în aerul din mediul înconjurător, oxidează prin cataliză, în contact cu filamentul, astfel încât temperatura filamentului crește. Aceasta crește rezistența filamentului, care este măsurată pentru a determina direct sau indirect concentrația gazului combustibil, menționat mai sus, în aer.

Pentru a da un exemplu, în brevetul FR.nr. 1.444.771 pentru măsurarea gazului din aer, se măsoară tensiunea de-a lungul unei diagonale a punții rezistive, ce cuprinde un detector cu filament și un compensator cu filament conectat în paralel cu doi rezistori, dintre care unul este un rezistor variabil.

Se cunoaște o altă metodă pentru măsurarea parametrilor caracteristici ai unui mediu gazos (brevet FR nr. 1577448), la care valoarea parametrilor respectivi este estimată, prin măsurarea alimentării cu energie, pentru un detector cu filamnet în condițiile în care rezistența filamentului este menținută egală cu cea a filamentului compensatorului.

Este cunoscută o altă soluție prezentată în brevetul FR.nr. 1.576.576 în care, pentru evaluarea gazului combustibil, se menține o tensiune aproape constantă, de-a lungul filamentului, în ciuda variațiilor de rezistență, care se datorează uzurii sau prezenței gazului combustibil.

Mai este cunoscută o metodă și un aparat, destinate eliminării efectelor difuziei gazelor combustible, în aer și pentru a face posibilă eliminarea efectelor pe care le au diferențele dintre căldurile de oxidare ale gazelor (brevet FR nr. 2537722), în care se prevede măsurarea valorii, în continuă modificare a unui parametru reprezentativ, pentru alimentarea cu energie a filamentului, alimentarea cu energie fiind controlată astfel încât să se mențină constantă rezistența filamentului.

Deși utilizarea filamentului, pentru a cataliza arderea metanului, face în prezent posibilă supravegherea foarte exactă a prezenței metanului într-o mină, toate metodele prezentate conduc la o îmbătrânire relativ rapidă și la un consum relativ ridicat de energie electrică, a aparatelor realizate pe baza acestor metode, ceea ce necesită o folosire a aparatului, intermitentă, și conduce la creșterea timpului de răspuns real.

In încercarea de a elimina aceste dezavantaje, s-au folosit bile mici catalizatoare care conțin un detector de metal (făcut din platină, de exemplu) acoperit cu aluminiu emailat și care se poate asemăna cu o mică perlă. Utilizarea acestor mici bile catalizatoare a făcut posibiliă evaluarea continuă a nivelelor de gaz combustibil, printr-o îmbătrânire mai înceată, împreună cu o temperatură de ardere, mai scăzută. Oricum, aceste bile prezintă o derivă de electroni, importantă în privința sensibilității, o stabilitate în descreștere și un timp de răspuns mai mare decât filamentele.

Metoda discontinuă de detectare a unui gaz combustibil, într-un mediu gazos, conform invenției, în care plasarea unui element rezisitv într-un mediu gazos, elementul rezistiv având o suprafață catalitică sau fiind sensibil la variațiile de concentrație ale gazului combustibil, în mediul gazos și fiind încălzit, prin mijloace electrice, permite detectarea valorii unui parametru reprezentativ, pentru concentrația de gaz, concentrație ce se deduce din acest parametru, utilizând o lege de conversie, obținută în prealabil, prin calibrare, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că elementul rezistiv este alimentat, pe o perioadă predeterminată de detectare, cu energie în cicluri cuprinzând trei faze:

- în prima fază, prin elementul rezistiv, trece un curent de încălzire, adaptat pentru a 1 crește temperatura, în timpul unei perioade predeterminate de încălzire până la un anumit punct de temperatură astfel încât suprafața catalitică a elementului rezisitiv catalizează arderea gazului combustibil, menționat;

- în a doua fază, elementul rezistiv este, în continuare, alimentat cu curent electric pentru o anumită perioadă predeterminată de regularizare, în care intensitatea este controlată astfel încât să mențină temperatura elementului rezistiv, la un anumit punct de temperatură și, atunci cînd tensiunea de-a lungul elementului rezistiv s-a stabilizat, valoarea parametrului reprezentativ pentru concentrația de gaz este măsurată și concentrația de gaz combustibil, măsurată, se deduce din această valoare, puterea curentului electric din cea de-a doua fază fiind, în medie, substanțial mai mică decât puterea curentului de încălzire, și

- a treia fază presupune reducerea puterii de încălzire a elementului rezistiv, pentru a permite răcirea lui, la o temperatură de repaus.

In continuare, se dau mai multe exemple de realizare ale invenției în legătură cu fig. 1...13 care reprezintă:

- fig.l, schema generală a unui echipament de implementare a metodei conform invenției;

- fig.2, schema echipamentului de control al detectorului pe care îl încorporează acesta;

- fig,3. variantă a fig. 2;

fig.4, reprezentare grafică a curentului de alimentare a detectorului I_D și tensiunea U_D ce traversează detectorul, în funcție de timp, în cursul unui singur ciclu de detectare;

- fig.5, reprezentare grafică a rezistenței filamentului, în funcție de timp, în timpul detectării cu ajutorul filamentului și în timpul fazelor de răcire;

- fig.6 și 7 , reprezentări grafice ale tensiunii de semnal (tensiunea în aer, în prezența gazului), în funcție de concentrația gazului combustibil (pentru două filamente separate);

- fig.8, reprezentare grafică, pentru un filament cu diametrul de 80 pm a corelărilor între răspunsul (în milivolți) detectorului și concentrația actuală, în cazul a cinci gaze, în cazul aerului uscat și în cazul aerului cu o umiditate relativă de 85 la 90%;

- fig.9, reprezentare grafică, pentru același tip de filament și pentru aceleași gaze, a corelărilor între răspunsul (în milivolți) detectorului și concentrația gazului, exprimată ca un procentaj al explozivității sau la limita inferioară în aer uscat;

- fig. 10, o reprezentare grafică pentru același tip de filament și pentru aceleași gaze a corelărilor între timpul în care detectorul atinge echilibrul termic și concentrația actuală a acestor gaze în aer, în cazul aerului uscat;

-fig.ll, diagramă analogă fig. 10, pentru aer umed;

- fig. 12, reprezentare grafică pentru același tip de filament și pentru aceleași gaze a corelării între timpul în care detectorul atinge echilibdrul termic și concentrația acestor gaze, exprimată ca un procentaj al limitei inferioare de explozivitate, în cazul aerului uscat și în cazul aerului umed;

- fig. 13, reprezentare grafică pentru același tip de filament și pentru aceleași gaze a corelărilor, între timpul în care detectorul atinge echilibrul termic și răspunsul (în milivolți) detectorului, în cazul aerului uscat și al aerului umed.

Metoda de detectare, conform invenției, se bazează pe faptul că filamentul rezistiv rezistă la curentul înalt, fără a fi deteriorat și că reacția catalitică cu gazul are loc într-un timp scurt (aproximativ 0,15 s).

Parametrul reprezentativ pentru concentrația de gaz este, de preferință, rezistența detectorului.

Prin pornirea cu o putere electrică ridicată, se reduc pierderile de căldură, în special, pierderile prin conducție,de-a lungul suporturilor elementului rezistiv sau de-a lungul elementului în sine.

Caracteristicile preferate ale invenției sunt următoarele:

- perioada de detectare maximă este de patru secunde;

- durata totală a primei și a celei de-a doua faze este mai mică decît 300 ms;

- durata primei faze este mai mică de 200 ms;

valoarea prescrisă, pentru temperatură, este cel puțin egală cu temperatura la care gazul începe să reacționeze cu elementul rezistiv sau cu elementul purtat de către elementul rezisitv;

- pentru un element rezistiv, catalitic, pe bază de platnă, valoarea prescrisă a temperaturii pentru metan este între 570 și 1 100°C, de preferință între 900 și 1 100°C;

- valoarea prescrisă a temperaturii este, în cea mai mare parte, egală cu 1 000°C;

- valoarea medie a puterii de încălzire este între o valoare egală și un multiplu întreg al valorii puterii electrice, din faza a doua, acest multiplu întreg, menționat, fiind compa tibil cu durabilitatea elementului rezistiv (în practică, mai mic de 10) acesta este de preferință între 1 și 3;

- intensitatea puterii de alimentare este, în mod avantajos, constantă în timpul fazei de încălzire.

A doua fază în care temperatura elementului rezistiv este menținută constantă, poate fi implementată în diferite moduri :

- prin menținerea unei rezistențe constante;

• prin menținerea constantă, la o anumită valoare dată, a raportului dintre rezistența asociată cu temperatura din timpul celei de-a doua faze și rezistența asociată cu temperatura de repaous (faza a treia); această valoare este între 1,1 și 4, sau prin orice mijloc de control al acestei temperaturi, ceea ce face posibil să se controleze curentul de încălzire.

Intr -un exemplu de realizare preferat, al invenției, natura gazului se determină prin măsurarea timpului în care elementul rezistiv atinge echilibrul termic și cu referință la corelările predeterminate, pentru valori diferite, posibile .pentru umiditatea relativă a aerului și diferite gaze posibile, între timpul în care elementul rezistiv atinge echilibrul termic și concntrația de gaz, care ne interesează.

In fig. 1 este prezentat un echipamet de detectare a gazului combustibil 1, ce include un element rezistiv 2, cu suprafață catalitică pe bază de platină (de exemplu) formând un detector, ce urmează a fi plasat într-un mediu gazos, ce trebuie testat, fiind cuprins într-o celulă de măsurare 3 , deschisă către exterior, de exemplu.

Elementul rezistiv este un filament din platină, de exemplu, practic un filament înfășurat sub formă de spirală, cu diametrul de 80 μνα în secțiune transversală și de 1 cm lungime. O altă alternativă de realizare (nereprezentată) este aceea a încorporării elementului rezistiv într-o mică bilă catalitică. Se poate chiar ca suprafața catalitică a elementului rezistiv să fie dintr-un material diferit de al restului elementului rezistiv.

Intre capetele elementului rezistiv 2, se află un aparat de control 4, de orice fel, capabil de a controla alimentarea cu energie a elementului 2 astfel încât să se mențină o rezistență constantă.

Elementul rezistiv 2, ce formează detectorul, se asociază, de preferință, cu un al doilea element rezistiv 5, de exemplu (ca aici) un element pe bază de platină și identic cu elementul 2, între capetele căruia este, de asemenea, legat un aparat de control 6 de același tip și având rol ca și aparatul de control

4. Al doilea element rezistiv 5 este dispus întrun mediu gazos, similar mediului gazos, ce urmează a fi testat cu excepția faptului că în acesta nu există gaz combustibil, acest mediu fiind inclus într-o a doua celulă de măsurare 7, în apropierea celulei 3. Al doilea element rezistiv constituie un compensator pentru eliminarea efectelor temperaturii exterioare și uzurii filamentelor (care se schimbă în același timp).

Un amplificator operațional, adecvat, din tipurile cunoscute 10, este prevăzut pentru a măsura diferența (datorită unui coeficient de multiplicare A), între tensiunile respective U_D și U_c, între capetele elementului rezistiv 2, al detectorului și elementului rezisitv al compensatorului 5. Această diferență U poate fi trimisă către o unitate display, de exemplu un osciloscop, transmițător, o unitate de memorie temporară sau chiar un aparat comparator, adaptat de a declanșa o alarmă, dacă diferența U depășește un anumit prag predeterminat (nereprezentat aici).

Aparatele de control 4 și 6 sunt alimentate cu energie, de către o unitate de alimentare cu energie 11, ce cuprinde un generator convențional de tensiune 12 (5V alimentați rezistiv și la elementul compensator și ± 15 V alimentați la amplificator) precedat de un ordonator de tipul generator de impulsuri 13, pentru programarea timpului fiecărui interval de detectare și a timpului de repaus între două detectări la frecvența impusă.

Fig. 2 reprezintă schema aparatelor de control 4 și 6. Fiecare aparat de control include o punte rezistivă, alimentată, prin tranzistori, de către ordonatorul 13, între punctele A și B și care alimentează în A o tensiune de cel puțin 1 V.

în fig. 2, valorile de-a lungul fiecărei componente sunt, pentru un filament convențional, din platină, de 1 cm lungime și 80 μπι diametru.

Trebuie luat în considerare că acest sistem face să crescă încălzirea filamentelor ținîndu-le la o tensiune ridicată până ce se atinge temperatura cerută.

Amplificatorul operațional AO3 este utilizat într-un circuit diferențial convențional, în care condensatorul C3 elimină semnalele accidentale, la frecvențe mai mari de 5 Hz.

Cele două aparate de control sunt identice. Trebuie să luăm în considerare cum operează primul.

Nivelul înalt (absența semnalului la A) conectează tranzistorul TI. Tranzistorii T2 și T3 sunt, prin aceasta, decuplați și prin filamente nu trece curent.

Un nivel scăzut, la A, decuplează pe T1,T2 și T3 controlați de către AO1 ce controlează curentul în puntea rezistivă PI, R6, R7, R9, RD astfel încât RD. admite valoarea (R9 x R7)/(P1 + R6). Prin potențiometrul PI se variază această valoare. R8 și CI elimină oscilațiile datorate inerției termice a filamentului.

Pentru măsurarea tensiunii între capetele filamentelor detectorului și compensatorului, se folosește un oscilator care este, de asemenea, folosit pentru măsurarea tensiunii de-a lungul rezistoarelor R9 și R17. Valorile măsurate sunt apoi transferate către un aparat înregistrator.

Tensiunea prin rezistoare este folosită pentru a determina curentul ce trece prin detector și prin compensator; cunoscând tensiunea prin acesta din urmă, este posibil a se deduce rezistența filamentelor și prin aceasta temperatura lor.

Mărimea de la ieșirea amplificatorului operațional AO3 este pusă la zero în aer și servește pentru măsurarea diferenței între cele două aparate de control în prezența metanului. Cei specialiști în domeniu vor ști cum să folosească un aparat pentru a cerceta filamentul, cum să programeze intervalul de cercetare și intervalul de repaus între două investigări la frecvența cerută.

Fig. 3 reprezintă o variantă de implementare a aparatelor de control 4 sau 6. Ea diferă de cea din fig. 2, prin aceea că, curentul rămâne constant, în tot timpul fazei de creștere a temperaturii și anume la o valoare mai mare decât cea rezultată din schema electrică prezentată în fig. 2. Alimentarea cu energie este, în acest punct, disociată, o parte alimentînd elementul rezistiv la (3,5 V) și cealaltă parte alimentînd circuitul ca un întreg (la 6V).

Deci, compensatorul 5 și elementul său de control sunt eliminați și tensiunea prin elementul rezistiv 2 va fi supravegheată.

în concordanță cu invenția, echipamentul din fig. 1 este folosit pentru a încălzi detectorul 2 (și compensatorul 5, dacă este inclus) în două faze:

- în prima fază, un curent ce produce o încălzire puternică, este determinat să curgă până când un element rezistiv 2 (și elementul 5 dacă este prezen) atinge o valoare prescrisă, predeterminată de temperatură;

- In a doua fază, curentul este controlat pentru a menține elementul rezistiv la valoarea prescrisă de temperatură (de exemplu, pentru a menține rezistența elementului rezistiv, la o valoare asociată cu valoarea prescrisă a temperaturii, de exemplu 1,2 ohmi la 1000°C în cazul unui filament de 1 cm lungime și 80 gm diametru).

Intensitatea curentului de încălzire este aleasă a fi semnificativ mai mare decât valoarea medie a intensității pentru a doua fază (de preferință între de două până la trei ori această valoare medie a intensității). Aceasta economisește timp și reduce necesarul de energie electrică, reducând pierderile de căldură asociate prin conducție. Aceasta scurtează intervalul de timp pentru răcire, care urmează înaintea unei noi investigări. Intensitatea de încălzire este, în mod avantajos, aproximativ constantă, dar se poate folosi la fel de bine un impuls de energie mai ridicat de o formă mai mult sau mai puțin controlată.

Dacă un gaz combustibil oxidează în contact cu elementul rezistiv 2 al detectorului acesta va transmite energie de încălzire elementului, a cărui temperatură va tinde să crească; pentru a compensa aceasta, aparatul de control 4 va alimenta mai puțină energie electrică, prin reducerea curentului electric, care trece prin el; aceasta are drept rezultat o scădere în tensiune prin el, care, după stabilirea din timpul celei de-a doua faze, este reprezentativă pentru concentrația de gaz.

In cazul unui filament din platină de 1 cm lungime cu o secțiune transversală cu un diametru de 80 pm valoarea prescrisă a temperaturii este cel mai avantajos în jur de

1000°C. Teoretic o temperatură de 570°C ar fi suficientă pentru a cataliza reacția cu metanul (pentru a discuta despre cazul clasic al gazelor ce trebuie supravegheate în minele de cărbuni), dar atunci circuitele electronice pentru amplificarea semnalului sunt foarte scumpe. O temperatură cu numai puțin mai mare (600 pînă la 800°C) ar elimina acest dezavantaj parțial, dar costul componentelor electronice asociate ar rămâne în continuare ridicat. O temperatură mult mai mare (mai mare de 1200°C) ar determina o uzură excesiv de rapidă a filamentului. O temperatură între 800 și 1200°C, sau chiar, între 900 și 1100°C a fost stablită a fi un compromis optim din punct de vedere al mărimii, costului și durabilității. De exemplu, 1000°C și 1200°C corespund unor tensiuni la capetele elementului rezistiv, de aproximativ 0,76 și 0,9 V.

Pentru a reduce timpul total de alimentare cu energie (combinarea celor două faze, descrisă ca mai sus) și prin aceasta durata perioadei următoare de răcire și deci pentru a crește frecvența de investigare până la un punct în care procesul de măsurare apare ca fiind continuu, este necesar a atenua tensiunea de alimentare, în faza a doua pe cât de repede posibil, după sfârșitul fazei de încălzire; în acest moment valoarea componentelor CI și R8, în fig. 2, poate fi ajustată, dacă e necesar, pentru a se potrivi caracteristicilor specifice, care privesc filamentul, naturii gazului ce trebuie detectat și gradelor de concentrație între care trebuie supravegheat. Valorile reprezentate în fig. 2 și 3 corespund unei concentrații de metan de 0 pînă la 3%, pentru un filament din platină de 1 cm lungime cu o secțiune transversală cu un diametrude 80 gm.

Pentru a se putea apropia de obiectivul unui proces de măsurare aparent continuu, perioada de repetiție a ciclurilor de investigare este în mod avantajos mai mică de 4 s, de preferință mai puțin sau chiar egală cu 3 s.

Pentru valori prescrise ale temperaturii de 900°C pînă la 1200°C, durata totală a fiecărui ciclu de investigare este, în mod avantajos, mai mică de 400 ms, și de preferință egală (sau mai mică de 4 s ) cu 300 ms, despărțită în 200 ms pentru încălzire și 100 ms pentru stabilizarea înaintea măsurării. Intensitatea de încălzire este, în mod avantajos, între IA și 2A (în jur de 1,3 A de exemplu) în timp ce valoarea medie a intensității, în faza de control-stabilizare este cuprinsă între 0,65 A și 0,75 A (în jur de 0,7 A, de exemplu).

Fig. 4 și 5 reprezintă intensitatea I_D și tensiunea U_D (fig. 4) și rezistența R_D (fig. 5) în funcție de timp, pentru detector. Pentru o perioadă de investigare de 4 s unde există o fază de încălzire de aproximativ 200 ms și o fază de încălzire de aproximativ 200 ms și o fază de control de aproximativ 100 ms, în cazul unui filament de platină (1 cm lungime, 80 pm diametru) la o valoare prescrisă a temperaturii de 1000°C (ce corespunde unei rezistențe de 1,3 ohmi).

In timpul primei faze, intensitatea I_D este aproximativ 1,3 A și tensiunea U_D variză într-un mod cvasilinear, între 0,47 și 1,37 V. In timpul fazei de control, intensitatea are fluctuații în jurul valorii de 0,6 A, în timp ce U_D se stabilizează la o valoare (mai mică de 0,76 V) caracteristică concentrației de metan.

După ce se întrerupe alimentarea cu energie, rezistența revine la o valoare R foarte apropiată de valoarea inițială R^y, după 2 s.

Diferitele avantaje ale acestei metode rezultă din reducerea eforturilor de operare ce acționează asupra filamentului:

- un consum redus de energie electrică cu un factor de 2 sau 3 ori;

- timp de răspuns mai mic;

- frecvență de investigare crescută;

- durată de viață a filamentului mai mare.

In acest mod:

- pentru senzorii sub formă de filament din platină investigați intermitent într-un mod convențional filamentul este alimentat la 0,76 V cu un curent de 0,8 A, timp de 4s astfel încât energia consumată este E=V.i.t = 2,4 Jouli și consumul de putere este P = E/t = 600 mii iwatt;

- pentru senzorii sub formă de filament, alimentați cu energie prin noua metodă în conformitate cu prezenta invenție filamentul suportă un curent constant de 1,3 A, timp de 200 ms care îl încălzește la temperatura sa de funcționare și apoi funcționează la temperatură constantă (și rezistență) cu o tensiune de-a lungul lui de aproximativ 0,76 V, timp de 100 ms.

In timp ce temperatura crește, rezistența medie este de 0,8 ohmi (creștere liniară a temperaturii, deci și a rezistenței). In timpul fazei de temperatură constantă rezistența este 1,3 ohmi.

Energia consumată este prin urmare: E = R1 . I² . tl + (V²/R2)t2 E= 0,8x1,69x0,19 + (0,5776/1,3) x 0,1

E = 300 mJ

P = 75 mW (frecvența de măsurare este o măsurare la fiecare 4 s).

Dacă, curentul în faza de creștere a temperaturii este 2 A, durata este doar de 60 ms. In acest caz energia consumată se reduce la: E = 200 mJ și P = 50 mW.

Fig. 6 și 7 arată că semnalul este liniar pentru concentrații scăzute (0 pînă la 3%) ale gazului explozibil, astfel încât procesarea semnalului poate fi simplificată, dacă este folosit ca un explozimetru.

Măsurătorile se fac, utilizând un echipament de înregistrare cu viteză mare, legat la capetele filamentului (detector sau compensator); ieșirea amplificatorului operațional A, care este pusă la zero în aer, este reprezentativă pentru diferența între tensiunile de la ieșirea a două aparate de control, în prezența gazului combustibil. Calibrarea curbelor este stabilită din aproape în aproape.

Fig. 8 și 12 prezintă o aplicație a invenției mai întâi, pentru recunoașterea (depistarea) și apoi pentru detectarea cantitativă a gazelor combustibile.

Referindu-ne din nou la fig. 4, trebuie să remarcăm că, între timpii ( și t₂ filamentul atinge echilibrul termic, care este menținut între timpii t₂ și t₃.

Timpul tj - tj în care se atinge echilibrul termic depinde de parametrii referitori la filament (natura lui și geometria) și de natura gazului ce contribuie la schimburi termice.

Fig. 8 reprezintă răspunsul, în milivolți, al detectorului, în funcție de concentrația actuală a cinci gaze: metan, propan, butan, etilenă și hidrogen, pentru două valori limită ale umidității relative (aer uscat și aer umed cu o umiditate relativă de 85 - 90%).

Fig. 9 reprezintă răspunsul detectorului, în funcție de concentrația de gaz exprimată ca un procentaj al limitei inferioare de explozibilitate (LEL); un semnal de 76o mV reprezintă limitele inferioare de explozibilitate de 54% sau 30%, în funcție de gazul explozibil metan sau etilenă. Acest gen de erori pot fi corectate în două moduri, nici unul dintre ele nefiind satisfăcător;

- aparatul poate fi calibrat, pentru un gaz specific, ce urmează a fi detectat, dar trebuie recalibrat pentru a măsura un gaz diferit;

- în loc de aceasta, aparatul poate fi calibrat pentru gazul pentru care detectorul este mai puțin sensibil (metan de exemplu), dar după aceea este necesar a lua anumite precauții când este vorba de alte gaze mai puțin sensibile.

Timpul necesar detectorului pentru a atinge echilibdrul termic poate fi folosit pentru a identifica natura gazului; utilizatorul este astfel avertizat asupra riscului iminent al unei explozii.

Timpul necesar detectorului, pentru a atinge echilibrul termic, este măsurat prin intermediul unei tehnici de procesare a semnalelor convenționale, care identifică maximul semnalului ca un întreg.

Căderea bruscă a tensiunii, caracteristică timpului t₂, poate fi în schimb detectată de un comparator electronic, care activează intrarea unui microcontroler.

Fig. 10 și 11 reprezintă timpul necesar atingerii echilibrului termic, în funcție de concentrația efectivă a cinci gaze pentru aer uscat și aer umed; se vede că este posibil a caracteriza fiecare gaz în acest fel.

Fig. 12 reprezintă realția între timpul necesar atingerii echilibrului termic și răspunsul detectorului, exprimat sub forma unui procentaj al limitei inferioare de explozibilitate, pentru diferite gaze in aer uscat și aer umed (observați influența slabă pe care o are conținutul de umezeală, al aerului, asupra timpului în care detectorul atinge echilibrul termic).

Gazul este identificat prin măsurarea timpului în care se atinge echilibrul termic și semnalul (în mV) prin filament (vezi fig. 13); această pereche de valori corespunde într-un punct cu una din curbe, dacă gazul face parte din familia acoperită de programul din microcontroler.

Utilizarea acestei tehnici atrage după sine procesarea informației de către un microcontroler. Pe baza semnalului de tensiune prin filament, microcontrolerul poate arăta utilizatorului concentrația de gaz pe un display alfanumeric, natura gazului fiind identificată, prin măsurarea timpului necesar atingerii echilibrului termic.

Microcontrolerul conține în memorie datele necesare pentru a recunoaște gazele deducându-le din fig. 12.

Microcontrolerul poate fi programat pentru a face comparația, recunoașterea și operațiile de indicare necesare pentru folosirea aparatului.

Incontestabil că se pot realiza numeroase variante de către specialiștii în domeniu, fără a se depărta de scopul invenției, variante care să se refere ațâț la filament cât și la echipamentul electronic de procesare. In mod similar parametrii experimentali pot fi aleși dintr-o paletă largă de valori (temperatura sau rezistența filamentului).

Vorbind la modul general, metoda se poate aplica la fel de bine la orice detector ce operează discontinuu la o anumită temperatură.

Astfel că invenția găsește aplicațieîntrun câmp larg prin asocierea după ce au fost obținute măsurătorile, cu diferite forme de procesare a semnalului, în scopul displayului, transmiterii sau depozitării și de emitere a unui semnal, dacă a fost depășită limita.

Invenția este, în general, utilizabilă în aplicații care includ în mod special implementarea senzorilor în cromografia gazelor.

Claims (12)

1. Metodă discontinuă de detectare a unui gaz combustibil, cunoscut, intr-un mediu gazos, elementul rezistiv din mediul gazos, având o suprafață catalitică sau fiind sensibil la variațiile de concentrație de gaz combustibil, din mediul gazos și fiind încălzit electric, valoarea parametrului reprezentativ pentru concentrația gazului fiind detectată și concentrația dedusă din aceasta, utilizând o lege de conversie obținută, în prealabil, prin calibrare, caracterizată prin aceea că, având o perioadaă predeterminată de investigare, elementul rezistiv (2) este alimentat cu energie în cicluri ce cuprind trei faze:

- într-o primă fază, prin elementul rezistiv (2) trece un curent de încălzire adaptat, pentru a-i crește temperatura pentru o perioadă predeterminată de timp până Ia o valoare prescrisă predeterminată, astfel încât suprafața catalitică a elementului rezistiv catalizează combustia sus-menționatului gaz combustibil;

- în a doua fază, elementul rezistiv (2) este, în continuare, alimentat cu curent electric pentru o perioadaă predeterminată de stabilizare în timpul căreia intensitatea este control ataă astfel încât să mențină temperatura elementului rezistiv la o valoare prescrisă și, când tensiunea (U_D) la capetele elementului rezistiv (2) s-a stabilizat, valoarea parametrului reprezentativ pentru concentrația de gaz este măsurată și această concentrație măsurată a gazului combustibil este dedusă apoi din valoarea parametrului sus-menționat, puterea curentului electric ce trece în timpul acestei a doua faze fiind în valoare medie substanțial mai mică decât puterea, curentului de încălzire și în a treia fază puterea de încălzire a elementului rezistiv (2) este redusă, pentru a permite răcirea acestuia la temperatura de repaus.

2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că perioada de investigare nu este mai mare de 4 s .

3. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că durata totală a primei și a celei de-a doua faze (tl +12) este mai mică de 300 ms.

4. Metoda conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că durata primei faze (tl) este mai mică de 200 ms.

5. Metodă conform oricăreia din revendicările 1 pînă la 4 ,caracterizată prin aceea că elementul rezistiv (2) este pe bază de platină și este, el însuși un catalizator și valoarea prescrisă a temperaturii pentru metan este între 570 și 1100°C.

6. Metodă conform revendicării 5, caracterizată prin aceea că valoarea prescrisă a temperaturii este, în mare parte, egală cu 1000°C.

7. Metodă conform oricăreia din revendicările 1 până la 6, caracterizată prin aceea că valoarea medie a puterii de încălzire este între o dată și de trei ori puterea electrică necesară pentru a doua fază.

8. Metodă conform oricăreia din re- 1 vendicările 1 până la 7, caracterizată prin aceea că intensitatea energiei de alimentare este constantă, în timpul fazei de încălzire.

9. Metodă conform oricăreia din revendicările 1 până la 8, caracterizată prin 6 aeea că alimentarea cu energie electrică este întreruptă în timpul celei de-a treia faze.

10. Metodă conform oricăreia din revendicările 1 până la 8, caracterizată prin aceea că raportul dintre temperatura din a 11 doua fază și cea din a treia fază este între 1,1 și 4.

11. Metodă conform oricăreia din re- vendicările 1 până la 10, caracterizată prin aceea că parametrul reprezentativ pentru concentrația de gaz este rezistența elementului rezistiv (2).

12. Metodă conform oricăreia din revendicările 1 până la 11, caracterizată prin aceea că natura gazului este determintată, prin măsurarea timpului în care elementul rezistiv atinge echilibrul termic și cu referire la niște corelări predeterminate, pentru diferitele valori posibile ale umidității relative a aerului și diferite gaze posibile, între timpul în care elementul rezisitv (2) atinge echilibrul termic și concentrația de gaz, care ne interesează.