RU205700U1

RU205700U1 - DEVICE FOR WARNING AND PREVENTION OF GAS LEAKS WITH COMPENSATION OF TEMPERATURE AND HUMIDITY

Info

Publication number: RU205700U1
Application number: RU2020117167U
Authority: RU
Inventors: Павел Дмитриевич Скопин; Дмитрий Евгеньевич Скопин
Original assignee: Павел Дмитриевич Скопин
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Полезная модель относится к области контроля параметров газовой среды. Технический результат состоит в увеличении надежности металл-оксидных датчиков, повышение точности их показаний, снижение их энергопотребления и повышения ресурса эксплуатации за счет интеллектуального управления температурой нагревательного элемента, а также за счет коррекции показаний датчика в зависимости от величины влажности воздуха Технический результат заявляемого технического решения достигается тем, что в заявленном решении предусмотрено устройство управления, металл-оксидный датчик газов, транзисторный ключ, блок питания, датчик температуры, датчик влажности, светозвуковой оповещатель, приемопередатчик, модуль управления газозапорной арматурой, при этом для стабилизации температуры нагревательного элемента датчика газа используется широтно-импульсная модуляция, формируемая микроконтроллером в зависимости от температуры окружающей среды, а для повышения точности детектирования уровня газов используется корректирующий параметр, зависимый от влажности воздуха в помещении. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of monitoring the parameters of the gaseous medium. The technical result consists in increasing the reliability of metal oxide sensors, increasing the accuracy of their readings, reducing their energy consumption and increasing the service life due to intelligent control of the temperature of the heating element, as well as by correcting the sensor readings depending on the amount of air humidity. The technical result of the proposed technical solution is achieved by the fact that the claimed solution provides a control device, a metal-oxide gas sensor, a transistor key, a power supply, a temperature sensor, a humidity sensor, a light and sound annunciator, a transceiver, a gas shut-off valve control module. pulse modulation generated by the microcontroller depending on the ambient temperature, and to increase the accuracy of detecting the gas level, a correction parameter is used that depends on the humidity in the room. 2 c.p. f-ly, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к устройствам контроля параметров газовой среды и предназначена для определения наличия в воздухе среды обитания человека углеводородных газов с выдачей индивидуального и дистанционного оповещения при превышении уровня, а также для предотвращения утечки газа за счет управления стандартной газозапорной арматурой.The utility model refers to devices for monitoring the parameters of the gas environment and is designed to determine the presence of hydrocarbon gases in the air of the human environment with the issuance of individual and remote alerts when the level is exceeded, as well as to prevent gas leakage by controlling standard gas valves.

В частности, изобретение может найти применение:In particular, the invention can find application:

- для контроля безопасности воздуха среды обитания человека;- to control the air safety of the human environment;

- для предотвращения несчастных случаев при эксплуатации газоиспользующего оборудования в многоквартирных домах;- to prevent accidents during the operation of gas-using equipment in apartment buildings;

- для контроля безопасности воздуха в местах расположения газоиспользующего индивидуального отопительного оборудования в многоквартирных и индивидуальных домах;- to control air safety at the locations of gas-using individual heating equipment in apartment buildings and individual houses;

- для контроля функционирования отопительных котлов и прочего газоиспользующего оборудования;- to control the functioning of heating boilers and other gas-using equipment;

Уровень техники.State of the art.

Ежегодно в России происходит большое количество несчастных случаев, связанных с использованием газового оборудования, предназначенного для отопления, нагрева воды и приготовления пищи. Это связано с тем, что эксплуатация газоиспользующего оборудования может привести к появлению в воздухе как углеводородного газа, поступающего к оборудованию, что чревато пожарами, отравлением и взрывами, так и к появлению ядовитых продуктов сгорания, например, угарного газа. Таким образом, создание портативного, надежного, доступного устройства с дистанционным оповещением владельца о появлении углеводородных газов и автоматическим закрытием газозапорной арматуры в случае утечки является актуальной и важной задачей.Every year in Russia there are a large number of accidents associated with the use of gas equipment designed for heating, heating water and cooking. This is due to the fact that the operation of gas-using equipment can lead to the appearance in the air of both hydrocarbon gas supplied to the equipment, which is fraught with fires, poisoning and explosions, and to the appearance of poisonous combustion products, for example, carbon monoxide. Thus, the creation of a portable, reliable, affordable device with a remote notification of the owner about the appearance of hydrocarbon gases and automatic closing of gas valves in the event of a leak is an urgent and important task.

В настоящее время известен широкий перечень устройств, позволяющих решать данную задачу. Как правило, газочувствительный элемент бытовых устройств выполняется в виде металл-оксидного полупроводникового датчика газов. Данные датчики имеют в своем составе газочувствительный слой, а также нагревательный элемент. При появлении в атмосфере детектируемого газа происходит изменение сопротивления газочувствительного слоя, и, как следствие, изменение напряжения на выходе датчика. Однако известно, что металл-оксидные датчики газов чувствительны к влажности воздуха. Кроме того, так как в качестве нагревательного элемента используется резистивная спираль, температура нагрева газочувствительного элемента зависит как от действующего напряжения на спирали, так и от температуры окружающего воздуха, что неизбежно приводит к искажению показателей датчика газов. Таким образом, контроль загазованности окружающего воздуха без коррекции показателей на изменение температуры и влажности в помещении снижает точность контроля и приводит к ложным срабатываниям системы оповещения при изменении температуры и (или) влажности в контролируемом помещении.Currently, there is a wide range of devices that can solve this problem. As a rule, the gas-sensitive element of household devices is made in the form of a metal-oxide semiconductor gas sensor. These sensors include a gas-sensitive layer and a heating element. When a detected gas appears in the atmosphere, the resistance of the gas-sensitive layer changes, and, as a consequence, the voltage at the sensor output changes. However, metal oxide gas sensors are known to be sensitive to air humidity. In addition, since a resistive coil is used as a heating element, the heating temperature of the gas sensitive element depends both on the effective voltage on the coil and on the ambient air temperature, which inevitably leads to a distortion of the gas sensor readings. Thus, monitoring the gas content of the ambient air without correcting the indicators for changes in temperature and humidity in the room reduces the accuracy of control and leads to false alarms of the warning system when the temperature and (or) humidity in the controlled room changes.

Известно устройство дистанционного мониторинга работы газового оборудования и утечек бытового газа в многоквартирных домах (Патент РФ N 2486595 G08B 17/10, опубл. 27.06.2013), которое содержит газовые приборы, счетчики расхода газа, датчики загазованности, объемного потока воздуха, кислорода, масштабирующие и дифференциальные усилители, компараторы, цифроаналоговые преобразователи, задатчики минимального значения объемного потока воздуха, задатчик величины допустимого разбаланса, сумматор расхода газа, блоки временной задержки, клапаны отсечки подачи газа, элементы «ИЛИ», модем сотовой связи и квартирные радиомодемы с набором информационных входов и выходов. Устройство позволяет дистанционно проводить анализ работы газового оборудования и определять утечки газа. К достоинствам данного устройства следует отнести повышение безопасности использования природного газа в многоквартирных домах путем непрерывного дистанционного мониторинга балансов газовых потоков, утечек и продуктов сгорания с автоматическим или дистанционным прекращением подачи газа в случае возникновения недопустимых нарушений в работе газового оборудования. К недостаткам устройства следует отнести отсутствие контроля температуры и влажности в помещении при определении уровня газа, что неизбежно приводит к ложным срабатываниям сигнализации.A device for remote monitoring of the operation of gas equipment and domestic gas leaks in apartment buildings is known (RF Patent No. and differential amplifiers, comparators, digital-to-analog converters, setters for the minimum value of the volumetric air flow, setpoint for the value of permissible unbalance, gas flow adder, time delay blocks, gas supply cutoff valves, OR elements, cellular modem and apartment radio modems with a set of information inputs and outputs. The device allows you to remotely analyze the operation of gas equipment and determine gas leaks. The advantages of this device include an increase in the safety of using natural gas in apartment buildings through continuous remote monitoring of the balances of gas flows, leaks and combustion products with automatic or remote stopping of gas supply in the event of unacceptable disturbances in the operation of gas equipment. The disadvantages of the device include the lack of control of temperature and humidity in the room when determining the gas level, which inevitably leads to false alarms.

Известно устройство для определения концентрации горючих газов (Патент РФ №91762 МПК G01N 27/04, опубл. 27.02.2010), содержащее в себе узел питания, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, средства цифровой обработки сигнала, средство управления исполнительными органами, подключенное к масштабирующему усилителю, и резистивный делитель напряжения (РДН), одно из плеч которого включает в себя активный чувствительный элемент, имеющий сопротивление, зависящее от концентрации горючего газа. К недостаткам данного устройства является то, что в нем отсутствует поправка на температуру и влажность воздуха. Таким образом, изменение влажности или температуры приведет к изменению сопротивления измерительного звена, что в свою очередь приведет к появлению напряжения на выходе датчика и к погрешности измерения концентрации газа.A device for determining the concentration of combustible gases is known (RF Patent No. 91762 IPC G01N 27/04, publ. 27.02.2010), containing a power supply unit, a scaling amplifier, an analog-to-digital converter, digital signal processing means, a control device for executive bodies connected to a scaling amplifier, and a resistive voltage divider (RDV), one of the arms of which includes an active sensing element having a resistance that depends on the concentration of the combustible gas. The disadvantages of this device are that there is no correction for temperature and humidity. Thus, a change in humidity or temperature will lead to a change in the resistance of the measuring link, which in turn will lead to the appearance of a voltage at the sensor output and to an error in measuring the gas concentration.

Известно устройство для измерения концентрации газа (Патент US 7242309, МПК G08B 17/10, опубл. 07.10.2007), содержащее сенсорный блок, блок управления и коммуникации и блок питания. При этом каждое устройство включает в себя нагреватель для нагрева сенсора, микроконтроллер (для управления режимом включения-выключения нагревателя) и компаратор (для сравнения измеренного значения с пороговым). К недостаткам данного устройства относится то, что при дискретном измерении концентрации газа в данном устройстве производится коммутация нагревательного элемента датчика и регистрация показаний без поправки на температуру и влажность в помещении, что приводит к погрешностям в измерении уровня газов.Known device for measuring gas concentration (Patent US 7242309, IPC G08B 17/10, publ. 07.10.2007), containing a sensor unit, a control and communication unit and a power unit. In this case, each device includes a heater for heating the sensor, a microcontroller (for controlling the on-off mode of the heater) and a comparator (for comparing the measured value with the threshold value). The disadvantages of this device include the fact that with discrete measurement of the gas concentration in this device, the heating element of the sensor is switched and the readings are recorded without correction for the temperature and humidity in the room, which leads to errors in measuring the gas level.

Наиболее близким к описываемому техническому решению является устройство, реализующее метод компенсации показателей металл-оксидных газовых датчиков (Патент US 6532792, МПК В2, опубл. 18.03.2003), в котором для коррекции концентрации газа используется вычисление показателя точки росы. К достоинствам данного изобретения следует отнести более высокую точность вычисления уровня газов в сравнении с аналогами. К недостаткам данного устройства относится тот факт, что авторы используют заранее вычисленную функциональную зависимость точки росы от температуры без регистрации показателя влажности окружающего воздуха в реальном масштабе времени. Кроме того, в данном устройстве отсутствует микропроцессорное управление нагревательным элементом, что при высокой температуре окружающей среды приводит к напрасному расходу электроэнергии, а также приводит к перегреву нагревательного элемента и снижению ресурса его эксплуатации.The closest to the described technical solution is a device that implements the method of compensating the indicators of metal-oxide gas sensors (Patent US 6532792, IPC B2, publ. 18.03.2003), in which the calculation of the dew point index is used to correct the gas concentration. The advantages of this invention include a higher accuracy in calculating the level of gases in comparison with analogues. The disadvantages of this device include the fact that the authors use a pre-calculated functional dependence of the dew point on temperature without registering the humidity of the ambient air in real time. In addition, this device does not have a microprocessor control of the heating element, which at high ambient temperatures leads to wasted energy consumption, and also leads to overheating of the heating element and a decrease in its service life.

Раскрытие сущности полезной модели.Disclosure of the essence of the utility model.

Технической задачей полезной модели является регистрация уровня содержания бытового газа в атмосфере металл-оксидным датчиком с коррекцией его показаний в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, а также регистрация факта превышения уровня углеводородных газов и устранение этого превышения путем закрытия газозапорной арматуры.The technical task of the utility model is to register the level of the content of domestic gas in the atmosphere with a metal oxide sensor with correction of its readings depending on the temperature and humidity of the environment, as well as to register the fact that the level of hydrocarbon gases has been exceeded and to eliminate this excess by closing the gas shut-off valves.

Технический результат состоит в увеличении надежности металл-оксидных датчиков, повышении точности их показаний, снижении их энергопотребления и повышении ресурса эксплуатации за счет интеллектуального управления температурой нагревательного элемента, а также за счет коррекции показаний датчика в зависимости от величины влажности воздуха.The technical result consists in increasing the reliability of metal oxide sensors, increasing the accuracy of their readings, reducing their energy consumption and increasing the service life due to intelligent control of the temperature of the heating element, as well as by correcting the sensor readings depending on the amount of air humidity.

Сущность изобретения состоит в том, что в полезную модель включается устройство управления, обеспечивающее регистрацию температуры и влажности в помещении в реальном масштабе времени, при этом температура окружающей среды используется для коррекции температуры нагревательного элемента, а влажность для - коррекции величины выходного напряжения металл-оксидного датчика газа.The essence of the invention lies in the fact that the utility model includes a control device that records the temperature and humidity in the room in real time, while the ambient temperature is used to correct the temperature of the heating element, and humidity is used to correct the value of the output voltage of the metal oxide sensor gas.

Структурная схема устройства приведена на фиг. 1. Устройство включает в себя: металл-оксидный датчик газов МОД (1), устройство управления УУ (2), датчик влажности воздуха ДВ (3), датчик температуры ДТ (4), приемопередатчик ПП (5), транзисторный ключ ТК1 (6), блок питания БП (7), модуль управления газозапорной арматурой МУА (8), светозвуковой оповещатель СЗО (9). Блок питания обеспечивает подачу напряжения на следующие модули: устройство управления УУ, транзисторный ключ ТК1, модуль управления газозапорной арматурой МУА. Измерительный выход металл-оксидного датчика газа МОД подключен к аналоговому входу устройства управления УУ, а вход нагревательного элемента подключен к выходу транзисторного ключа ТК1. Таким образом, при подаче широтно-импульсной модуляции (ШИМ) устройством управления на транзисторный ключ обеспечивается регуляция температуры нагревательного элемента в зависимости от коэффициента модуляции ШИМ. Устройство управления обеспечивает регистрацию показателей датчика влажности ДВ, датчика температуры ДТ, а также формирование ШИМ модуляции для транзисторного ключа ТК1 с заданным коэффициентом модуляции. Кроме того, УУ обеспечивает управляющее воздействие на модуль управления газозапорной арматурой МУА, для ее закрытия при обнаружении превышения уровня углеводородных газов выше заданного уровня, активацию светозвукового оповещения, удаленного оповещения пользователя посредством активации приемопередатчика.The block diagram of the device is shown in Fig. 1. The device includes: metal-oxide gas sensor MOD (1), control device UU (2), air humidity sensor DV (3), temperature sensor DT (4), transceiver PP (5), transistor key TK1 (6 ), power supply unit BP (7), control module for gas shut-off valves MUA (8), light and sound siren SZO (9). The power supply unit provides voltage supply to the following modules: control unit CU, transistor switch TK1, gas shut-off valve control module MUA. The measuring output of the metal-oxide gas sensor MOD is connected to the analog input of the control device of the control unit, and the input of the heating element is connected to the output of the transistor switch TK1. Thus, when applying pulse-width modulation (PWM) by the control device to the transistor switch, the temperature of the heating element is regulated depending on the modulation coefficient of the PWM. The control device provides registration of indicators of the moisture sensor of the DV, the temperature sensor of the diesel fuel, as well as the formation of PWM modulation for the transistor switch TK1 with a given modulation coefficient. In addition, the CU provides a control effect on the control module of the gas shut-off valves MUA, to close it when the level of hydrocarbon gases exceeds a predetermined level, activation of a light and sound alert, remote notification of the user by activating the transceiver.

Для определения зависимости выходного напряжения МОД от температуры окружающей среды был проведен ряд экспериментов. Для исследования был выбран серийно производимый МОД датчик с промышленным названием MQ2. Выходное напряжение регистрировалось 10-битным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) микроконтроллера, одновременно с регистрацией температуры окружающей среды. Полученные данные иллюстрируются на фиг. 2. Представленные данные свидетельствуют о том, что между выходным напряжением МОД и температурой окружающей среды имеется обратная линейная зависимость, аппроксимируемая с коэффициентом достоверности R²=0.94 функцией 1:To determine the dependence of the output voltage of the MOD on the ambient temperature, a number of experiments were carried out. A serially produced MOD sensor with the industrial name MQ2 was chosen for the study. The output voltage was recorded by a 10-bit analog-to-digital converter (ADC) of the microcontroller, simultaneously with the registration of the ambient temperature. The data obtained is illustrated in FIG. 2. The presented data indicate that there is an inverse linear relationship between the output voltage of the MOD and the ambient temperature, approximated with a confidence factor R ² = 0.94 by function 1:

где ΔТ - изменение температуры окружающей среды; ΔU - изменение напряжения на выходе сенсора. Таким образом, видно, что изменение температуры нагревательного элемента МОД приводит к изменению выходного напряжения МОД.where ΔТ is the change in ambient temperature; ΔU - voltage change at the sensor output. Thus, it can be seen that a change in the temperature of the heating element of the MOD leads to a change in the output voltage of the MOD.

Чтобы определить требуемую величину коэффициента заполнения ШИМ для компенсации температуры окружающей среды, был произведен ряд экспериментов, в которых изменялась температура окружающей среды, измерялось отклонение выходного сигнала датчика, далее подбиралась такая величина ШИМ, чтобы обеспечить температурную компенсацию датчика. Результаты исследования, проведенные с использованием 20 датчиков MQ2 приводятся в Таблице 1.To determine the required value of the PWM duty cycle to compensate for the ambient temperature, a number of experiments were performed in which the ambient temperature was changed, the deviation of the sensor output signal was measured, and then such a PWM value was selected to provide temperature compensation of the sensor. The results of the study carried out using 20 MQ2 sensors are shown in Table 1.

Данные были получены при относительной влажности 30% и исходной температуре в помещении 20°С. Величина ДТ иллюстрирует изменение температуры, ΔU_исх - среднюю величину изменения выходного напряжения сенсора, а также величину среднеквадратичного отклонения, столбец ШИМ% иллюстрирует необходимый коэффициент заполнения ШИМ (и соответствующую величину среднеквадратичного отклонения) для компенсации температурного изменения, ΔU_корр, мВ - среднюю величину остаточного отклонения выходного напряжения сенсора после коррекции ШИМ. Полученные в результате экспериментов данные позволяют построить математическую модель с коэффициентом достоверности R²=0,99 взаимосвязи изменения температуры окружающей среды и величины коэффициента заполнения ШИМ, требуемой для компенсации температурного изменения. Общий вид полученной математической модели иллюстрируется выражением 2.Data was obtained at 30% RH and 20 ° C reference room temperature. The DT value illustrates the change in temperature, ΔU _ref is the average change in the sensor output voltage, as well as the value of the standard deviation, the PWM% column illustrates the required PWM fill factor (and the corresponding value of the standard deviation) to compensate for the temperature change, ΔU _corr , mV is the average residual deviation of the sensor output voltage after PWM correction. The data obtained as a result of the experiments make it possible to construct a mathematical model with a reliability factor R ² = 0.99 of the relationship between the change in the ambient temperature and the value of the PWM duty cycle required to compensate for the temperature change. The general view of the obtained mathematical model is illustrated by expression 2.

где Кзш обозначает коэффициент заполнения ШИМ, ΔТ - отклонение температуры в помещении от стандартной (20 градусов Цельсия).where Kzsh denotes the duty cycle of the PWM, ΔT is the deviation of the room temperature from the standard (20 degrees Celsius).

Таким образом, УУ получая информацию от ДТ производит вычисление коэффициента модуляции ШИМ в соответствии с выражением (2) и подачу модулирующего сигнала на ТК1, выход которого подключен к нагревательному элементу МОД. Таким образом, обеспечивается коррекция температуры нагревательного элемента МОД для компенсации температурного изменения внешней среды.Thus, the CU, receiving information from the DT, calculates the PWM modulation coefficient in accordance with expression (2) and applies the modulating signal to TK1, the output of which is connected to the heating element MOD. Thus, the temperature correction of the MOD heating element is provided to compensate for the temperature change in the external environment.

Проведенный обзор современных литературных источников показывает, что датчики на основе диоксида олова, кроме температурных режимов, также чувствительны к влажности в помещении. Для повышения точности МОД и снижения количества ложных срабатываний было проведено исследование, направленное на выявление изменения параметров выходного сигнала от влажности в помещении. Данное исследование было проведено с использованием МОД датчика MQ2 при окружающей температуре 20°С и относительной влажности 47%. В процессе экспериментальной работы производилось измерение влажности, выходного напряжения датчика, после чего влажность искусственно повышалась путем расположения датчика в герметичной емкости с внесением в нее пропитанной водой ватного тампона. По мере повышения влажности оба показателя (относительная влажность и выходной сигнал датчика) фиксировались до тех пор, пока влажность не поднимется до отметки свыше 90%. Полученные данные представлены на фиг. 3. Точки на фиг 3 иллюстрируют экспериментальные данные, пунктирная линия - результат интерполяции данных математической моделью вида (3)A review of modern literary sources shows that tin dioxide sensors, in addition to temperature conditions, are also sensitive to indoor humidity. To improve the accuracy of the MOU and reduce the number of false alarms, a study was carried out to identify changes in the parameters of the output signal from humidity in the room. This study was conducted using an MQ2 MOD sensor at an ambient temperature of 20 ° C and a relative humidity of 47%. In the course of the experimental work, the humidity and the output voltage of the sensor were measured, after which the humidity was artificially increased by placing the sensor in a sealed container with a cotton swab soaked in water. As the humidity increased, both indicators (relative humidity and sensor output) were recorded until the humidity rose to over 90%. The data obtained are shown in FIG. 3. The points in Fig. 3 illustrate the experimental data, the dashed line is the result of data interpolation by a mathematical model of the form (3)

где ΔU - величина коррекции напряжения сенсора, выраженная в милливольтах; М - относительная влажность воздуха в процентах.where ΔU is the sensor voltage correction value, expressed in millivolts; M is the relative humidity in percent.

Для повышения точности регистрации уровня углеводородных газов в помещении УУ производит считывание текущей влажности датчика ДВ, считывание текущего выходного напряжения датчика МОД и вычисление скорректированной величины выходного напряжения в соответствии с выражением (4):To improve the accuracy of recording the level of hydrocarbon gases in the room, the UU reads the current moisture content of the DV sensor, reads the current output voltage of the MOD sensor and calculates the corrected value of the output voltage in accordance with expression (4):

где U_корр - скорректированное значение выходного напряжения МОД датчика; ΔU - величина коррекции, вычисляемая в соответствии с выражением (3); U_вых - выходное напряжение МОД датчика, регистрируемое УУ.where _Ucorr is the corrected value of the output voltage of the sensor MOD; ΔU is the correction value calculated in accordance with expression (3); U _out is the output voltage of the sensor MOD, recorded by the UU.

Проведенные исследования показывают, что использование выражения (4) для коррекции выходного напряжения МОД датчика позволяет полностью скомпенсировать вариацию влажности воздуха.The studies carried out show that the use of expression (4) to correct the output voltage of the MOE sensor allows you to fully compensate for the variation in air humidity.

Таким образом, используемое УУ производит непрерывную регистрацию температуры и влажности в помещении, регулировку температуры нагревательного элемента МОД с использованием выражения 2, коррекцию выходного напряжения с использованием выражения 4. При регистрации факта превышения выходного напряжения U_корр свыше заранее заданного уровня УУ принимает решение об активации тревоги путем выдачи управляющего сигнала на модуль светозвукового оповещения СЗО, активации приемопередатчика ПП для удаленного оповещения и прекращения газоснабжения путем выдачи сигнала закрытия на модуль управления газозапорной арматуры МУА.Thus, the used CU continuously records the temperature and humidity in the room, adjusts the temperature of the heating element MOD using expression 2, and corrects the output voltage using expression 4. When registering the fact that the output voltage U _{corr is} exceeded above a predetermined level, the CU decides to activate an alarm by issuing a control signal to the SZO light and sound notification module, activating the PP transceiver for remote notification and stopping the gas supply by issuing a closing signal to the MUA gas shut-off valve control module.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг. 1 - структурная схема устройства.FIG. 1 is a block diagram of the device.

На фиг. 2 - зависимость, между выходным напряжением МОД (Uвых) и температурой окружающей среды (Т).FIG. 2 - the relationship between the output voltage of the MOD (Uout) and the ambient temperature (T).

На фиг. 3 - изменение уровня сигнала МОД датчика в зависимости от относительной влажности воздуха.FIG. 3 - change in the signal level of the MOD sensor depending on the relative humidity of the air.

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Устройство состоит из корпуса с размещенной в нем печатной платой. При этом устройство управления УУ может быть реализовано на микроконтроллере ATMEGA168P или аналогичном. Выход датчика МОД подключается к микроконтроллеру на аналоговый вход, в качестве которого может быть выбран любой порт ввода-вывода общего назначения (GPIO). В качестве датчика МОД может использоваться промышленно выпускаемый металл-оксидный датчик газов на основе диоксида олова, например, MQ2 или аналогичный. В качестве транзисторного ключа ТК1 может использоваться биполярный или полевой транзистор, например, транзистор IRML2502. В качестве датчика температуры и датчика влажности может использоваться промышленно-выпускаемая микросборка HTU21D, представляющая собой интегральный датчик температуры и датчик влажности. Данная микросборка взаимодействует с микроконтроллером через интерфейс I2C. Приемопередатчик ПП реализуется в качестве модуля GSM SIM800L, либо при помощи WIFI интерфейса, серийно выпускаемого в виде микросборки ESP8266, либо с использованием модулей ZIGBEE или ZWAVE. Модуль светозвукового оповещения может быть выполнен в виде микросборки BUZZER HYDZ для подачи звукового сигнала и светодиода, в качестве светового оповещения. Модуль управления газозапорной арматурой МУА может быть выполнен в виде транзисторного ключа на основе транзистора IRML2502 для организации подачи запирающего импульса на газозапорный электромагнитный клапан, либо с помощью Н-моста на основе микросхемы L293D для управления газозапорной арматурой с коллекторным двигателем. В качестве блока питания БП выбрано стандартное зарядное устройство мобильных телефонов с выходным напряжением 5 В и максимальным выходным током 2.1 А, которое подключается к устройству через стандартный разъем microUSB. Это позволяет в качестве блока питания использовать стандартное зарядное устройство мобильных телефонов, планшетов и смартфонов. Данный выбор позволяет отказаться от схемы стабилизации нагревательного элемента датчика газа и схемы стабилизации микроконтроллера, поскольку схема стабилизации содержится в зарядном устройстве. Микропроцессорный модуль управляет работой всего устройства по заложенному в него алгоритму, а именно:The device consists of a housing with a printed circuit board. In this case, the CU control device can be implemented on the ATMEGA168P microcontroller or similar. The output of the MOD sensor is connected to the microcontroller to an analog input, which can be any general-purpose input-output port (GPIO). A commercially available tin dioxide-based metal oxide gas sensor, for example, MQ2 or similar, can be used as a MOD sensor. A bipolar or field-effect transistor, for example, an IRML2502 transistor, can be used as a transistor switch TK1. A commercially available microassembly HTU21D, which is an integral temperature sensor and a humidity sensor, can be used as a temperature sensor and a humidity sensor. This micro-assembly communicates with the microcontroller via the I2C interface. The PP transceiver is implemented as a GSM SIM800L module, either using a WIFI interface, commercially available as an ESP8266 microassembly, or using ZIGBEE or ZWAVE modules. The light and sound warning module can be made in the form of a BUZZER HYDZ micro-assembly to provide a sound signal and a LED as a light warning. The gas shut-off valve control module MUA can be made in the form of a transistor switch based on the IRML2502 transistor to organize the supply of a locking pulse to the gas shut-off solenoid valve, or using an H-bridge based on the L293D microcircuit to control gas shut-off valves with a collector motor. As a power supply unit, a standard mobile phone charger with an output voltage of 5 V and a maximum output current of 2.1 A was selected, which is connected to the device via a standard microUSB connector. This allows you to use a standard charger for mobile phones, tablets and smartphones as a power supply unit. This choice makes it possible to abandon the stabilization circuit of the heating element of the gas sensor and the stabilization circuit of the microcontroller, since the stabilization circuit is contained in the charger. The microprocessor module controls the operation of the entire device according to the algorithm laid down in it, namely:

1. Получить от датчика газа текущее значение выходного аналогового сигнала АО.1. Receive from the gas sensor the current value of the analogue output signal AO.

2. Произвести считывание значений текущей температуры (Т) и относительной влажности (М).2. Read the values of the current temperature (T) and relative humidity (M).

3. Установить значение коэффициента заполнения ШИМ, в соответствии с выражением (2).3. Set the value of the duty cycle of the PWM, in accordance with expression (2).

4. Вычислить скорректированное значение выходного сигнала датчика Uвых в соответствии с выражением (4).4. Calculate the corrected value of the sensor output signal Uout in accordance with expression (4).

5. Если Uвых превышает пороговое значение, то выдать сигнал управления на модуль МУА, активировать светозвуковое оповещение и выдать оповещение через приемопередатчик.5. If Uout exceeds the threshold value, then issue a control signal to the MUA module, activate a light and sound alert and issue an alert through the transceiver.

Claims

1. A device for warning and preventing gas leaks with compensation for temperature and humidity, containing a control device, a metal-oxide gas sensor, a transistor switch, a power supply unit, a temperature sensor, a humidity sensor, a light and sound alarm, a transceiver, a gas shut-off valve control module, and a power supply unit provides voltage supply to the control device, the transistor switch and the gas shut-off valve control module, the measuring output of the metal-oxide gas sensor is connected to the analog input of the control device, and the input of the heating element is connected to the output of the transistor switch, and the control device provides registration of the humidity sensor and temperature sensor , as well as the formation of pulse-width modulation for a transistor switch with a given modulation coefficient, while the control device provides a control effect on the gas shut-off valve control module, activation of light and sound notification, beats Alert the user by activating the transceiver, characterized in that to stabilize the temperature of the heating element of the gas sensor, pulse-width modulation is used, generated by the microcontroller depending on the ambient temperature, and to increase the accuracy of detecting the level of gases, a correction parameter is used that depends on the humidity in the room ...

2. The device according to claim 1, characterized in that the coefficient of pulse width modulation (PWM) generated by the microcontroller is determined in accordance with the expression:

Кзш = -0.355⋅ΔТ + 100.1,

where Kzsh is the duty cycle of the pulse-width modulation; ΔT is the deviation from the standard temperature of 20 degrees Celsius.

3. The device according to claim 1, characterized in that when the microcontroller makes a decision about exceeding the permissible gas concentration, a correcting parameter is used, calculated in accordance with the expression:

ΔU = 0.0954M ² -10.436M + 313.4,

where ΔU is the sensor voltage correction value, expressed in millivolts; M is the relative humidity in percent.