RU2558006C2 - Alerter of critical pre-explosive concentrations - Google Patents
Alerter of critical pre-explosive concentrations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558006C2 RU2558006C2 RU2013149682/28A RU2013149682A RU2558006C2 RU 2558006 C2 RU2558006 C2 RU 2558006C2 RU 2013149682/28 A RU2013149682/28 A RU 2013149682/28A RU 2013149682 A RU2013149682 A RU 2013149682A RU 2558006 C2 RU2558006 C2 RU 2558006C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- threshold
- voltage
- thermocatalytic
- thermocatalytic element
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Сигнализатор довзрывоопасных концентраций относится к области газового анализа с использованием термокаталитического метода измерения, предназначен для контроля довзрывоопасных концентраций газов и паров в воздухе производственных помещений и рабочих зон.The detector of pre-explosive concentrations relates to the field of gas analysis using the thermocatalytic measurement method, it is designed to control pre-explosive concentrations of gases and vapors in the air of industrial premises and work areas.
Может найти применение в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, угольной и других отраслях промышленности, там, где есть вероятность выделения и скопления в воздухе взрывоопасных концентраций газов и паров.It can be used in oil and gas production, oil refining, chemical, coal and other industries, where there is a probability of evolution and accumulation of explosive concentrations of gases and vapors in the air.
В настоящее время для контроля довзрывоопасных концентраций газов и паров в воздухе производственных помещений и рабочих зон предпочтение отдается приборам, использующим термокаталитический метод измерения. Это, в первую очередь, связано с небольшой стоимостью и простотой изготовления самих чувствительных элементов. Во-вторых, с универсальностью - перечень горючих веществ, которые определяет термокаталитический элемент, составляет около 300 видов. В-третьих, термокаталитический элемент обладает быстрым откликом, временем восстановления, широким рабочим температурным диапазоном (от минус 60 до плюс 180°С), что очень важно при эксплуатации приборов с термокаталитическими датчиками на предельных режимах и в суровых климатических условиях.Currently, to control pre-explosive concentrations of gases and vapors in the air of industrial premises and working areas, preference is given to devices using the thermocatalytic measurement method. This is primarily due to the low cost and ease of manufacture of the sensitive elements themselves. Secondly, with universality - the list of flammable substances that the thermocatalytic element determines is about 300 species. Thirdly, the thermocatalytic element has a fast response, recovery time, wide operating temperature range (from
Полупроводниковые сенсоры на основе SnO2, например, выпускаемые японской компанией Figaro серии TGS8xx и TGS2xxx, работают в диапазоне температур от минус 10 до плюс 50°С. Необходима стабилизация температуры нагревателя. Проблематична нейтрализация дрейфа, как нулевых показаний, так и чувствительности. Значительное влияние на параметры сенсоров оказывает изменяющаяся относительная влажность окружающей среды, характеристика преобразования у них нелинейна. Высокая требовательность к аппаратной и, главное, к программной части приборов. Сильные порывы ветра могут приводить к ложным срабатываниям, так как происходит охлаждение сенсора и уменьшение его сопротивления (у сенсоров на основе SnO2 оно снижается при воздействии измеряемого газа), необходимо предпринимать дополнительные меры, исключающие ложные срабатывания при включении (сопротивление у непрогретого сенсора минимально), обязательно присутствие резистора термокомпенсирующего.Semiconductor sensors based on SnO 2 , for example, manufactured by the Japanese company Figaro of the TGS8xx and TGS2xxx series, operate in the temperature range from minus 10 to plus 50 ° С. It is necessary to stabilize the temperature of the heater. The neutralization of drift, both of zero readings and sensitivity, is problematic. A significant influence on the parameters of the sensors is exerted by the changing relative humidity of the environment, the conversion characteristic of them is non-linear. High demands on the hardware and, most importantly, the software part of the devices. Strong gusts of wind can lead to false alarms, as the sensor cools and its resistance decreases (for sensors based on SnO 2 it decreases when exposed to the measured gas), additional measures must be taken to eliminate false alarms when turned on (the resistance of an unheated sensor is minimal) , the presence of a temperature compensating resistor is required.
Оптические (инфракрасные) сенсоры для определения довзрывоопасных концентраций газов и паров дороги и порою по цене приближаются к стоимости прибора, в который они устанавливаются. Теряют чувствительность при загрязнении и конденсации влаги на элементах оптического тракта. Не анализируют газы и пары в виде аэрозолей и туманов. Перечень определяемых горючих компонентов ограничен. Отсутствуют оптические сенсоры для определения водорода, наиболее опасного компонента с точки зрения промышленной безопасности и охраны труда, используемого в технологических процессах нефтеперерабатывающих и химических производств.Optical (infrared) sensors for determining pre-explosive concentrations of gases and vapors of the road and sometimes at a price close to the cost of the device in which they are installed. They lose sensitivity during pollution and moisture condensation on the elements of the optical path. Do not analyze gases and vapors in the form of aerosols and mists. The list of identified combustible components is limited. There are no optical sensors for determining hydrogen, the most dangerous component from the point of view of industrial safety and labor protection used in technological processes of oil refining and chemical industries.
Известны устройства, использующие термокаталитический метод измерения для определения довзрывоопасных концентраций (патент РФ №2096776, 2131601, №2161823, №2438186), а также выпускаемые в Российской Федерации серийно, приборы: ИГС-98 (Руководство по эксплуатации ФГИМ413415.001-101 РЭ), «СИГНАЛ-02КМ» (Руководство по эксплуатации ГКПС 16.00.00.000-02РЭ), «КОМЕТА-М» (Руководство по эксплуатации ФГИМ413415.001.570 РЭ), СГГ-20 (Руководство по эксплуатации ИБЯЛ.413531.009 РЭ), ДАТ-М (Руководство по эксплуатации ИБЯЛ.413216.044 РЭ), СТГ-3 (Руководство по эксплуатации ИБЯЛ.413411.051 РЭ).Known devices that use the thermocatalytic measurement method to determine pre-explosive concentrations (RF patent No. 2096776, 2131601, No. 2161823, No. 2438186), as well as commercially available in the Russian Federation, devices: IGS-98 (Operation manual FGIM413415.001-101 RE) , “SIGNAL-02KM” (Operation manual GKPS 16.00.00.000-02RE), “KOMETA-M” (Operation manual FGIM413415.001.570 RE), SGG-20 (Operation manual IBYAL.413531.009 RE), DAT-M ( Operation manual IBYAL.413216.044 RE), STG-3 (Operation manual IBYAL.4113411.051 RE).
Аналоги имеют целый ряд общих недостатков.Analogs have a number of common drawbacks.
При различном конструктивном исполнении и назначении (стационарные, переносные), способах обработки, отображения и передачи полученных данных, связи между собой, электронной базе и схемном решении аналоги содержат мостовую измерительную схему. Чтобы первоначальный разбаланс моста был минимальным, при изготовлении необходима точная подборка пары чувствительных элементов (рабочего, сравнительного) по сопротивлению и температурному коэффициенту.With various design and purpose (stationary, portable), methods of processing, displaying and transmitting the received data, communication among themselves, electronic base and circuit design, the analogs contain a bridge measuring circuit. In order to minimize the initial imbalance of the bridge, an accurate selection of a pair of sensitive elements (working, comparative) in terms of resistance and temperature coefficient is necessary in the manufacture.
В процессе эксплуатации требуется постоянная корректировка нуля с помощью потенциометров или дисплея.During operation, constant zero adjustment is required using potentiometers or a display.
Сильный разбаланс моста и присущий дрейф, без наличия горючих газов и паров, приводит к искажению показаний.The strong imbalance of the bridge and the inherent drift, without the presence of combustible gases and vapors, leads to a distortion of the readings.
Ложный сигнал, поступивший в системы противоаварийной защиты и блокировок от стационарных приборов, осуществляет отключение насосного, компрессорного оборудования, прекращает подачу газа или мазута на горелки печей и котлов, приводит к полной остановке отдельных производств, а также производит нежелательное включение приточной и вытяжной вентиляции, средств оповещения, инициирование эвакуации персонала.A false signal received in emergency protection systems and interlocks from stationary devices shuts off pumping and compressor equipment, stops the supply of gas or fuel oil to burners of furnaces and boilers, leads to a complete shutdown of individual plants, and also makes unwanted switching on of supply and exhaust ventilation, facilities alerts, initiating the evacuation of personnel.
После настройки и калибровки стационарных приборов по чистому воздуху и ПГС, почти в идеальных условиях лаборатории или мастерской, в дальнейшем, не учитывается в полной мере влияние совокупности изменяющихся внешних факторов, таких как: температура, давление, влажность, газовоздушные потоки, а также ухудшающиеся со временем (в межповерочном интервале, заявленные технические характеристики термокаталитических элементов. Конечно, изменение окружающей температуры компенсируется сравнительным чувствительным элементом, но пока рабочий термокаталитический элемент не загрязнен продуктами сгорания, а его температурный коэффициент продолжает совпадать со сравнительным чувствительным элементом.After setting up and calibrating stationary devices for clean air and ASG, in almost ideal laboratory or workshop conditions, in the future, the influence of a combination of changing external factors, such as temperature, pressure, humidity, gas and air flows, and also deteriorating time (in the verification interval, the declared technical characteristics of thermocatalytic elements. Of course, the change in ambient temperature is compensated by a comparative sensitive element, but so far the working ermokatalitichesky member is not contaminated by combustion products, and its temperature coefficient continues to coincide with the comparative sensor.
Задаваемые пороги (уставки) фиксированы и не изменяются при воздействии внешних факторов, поэтому смещение нуля приборов приводит к искажению полученных данных. Сравнительные графики сигналов мостовой измерительной схемы и одинарного термокаталитического элемента заявляемого изобретения изображены на Фиг. 1.The set thresholds (settings) are fixed and do not change under the influence of external factors; therefore, a zero shift of the instruments leads to a distortion of the received data. Comparative graphs of the signals of the bridge measuring circuit and a single thermocatalytic element of the claimed invention are shown in FIG. one.
Для разогрева до нужной температуры рабочего и сравнительного чувствительных элементов, включенных последовательно в смежные плечи моста, требуется значительный ток, у основной массы датчиков он лежит в диапазоне 110-150 мА. Величина потребляемого тока важна для переносных (индивидуальных) сигнализаторов довзрывоопасных концентраций, так как характеризует время непрерывной работы от одного источника питания, при постоянном или цикличном (периодическом) режиме измерения.Significant current is required for warming up the working and comparative sensitive elements connected in series to adjacent shoulders of the bridge to the desired temperature; for the bulk of the sensors, it lies in the range of 110-150 mA. The magnitude of the current consumption is important for portable (individual) signaling devices of pre-explosive concentrations, as it characterizes the time of continuous operation from one power source, with a constant or cyclic (periodic) measurement mode.
Из-за отличий технических характеристик чувствительных элементов (рабочего, сравнительного) и обязательной подборки их пары (по сопротивлению и температурному коэффициенту) невозможно (без переделки и доработки, изменения схемы и номиналов электронных компонентов) при выпуске приборов использовать чувствительные элементы разных предприятий и фирм-изготовителей.Due to differences in the technical characteristics of sensitive elements (operating, comparative) and the mandatory selection of their pair (in terms of resistance and temperature coefficient), it is impossible (without alteration and refinement, changes in the circuit and ratings of electronic components) to use sensitive elements from different enterprises and firms manufacturers.
Обеспечение минимального нижнего концентрационного предела обнаружения горючих газов и паров и необходимого диапазона измерения, при старении и загрязнении продуктами сгорания термокаталитического элемента, осуществляется увеличением чувствительности усилительного каскада сигнала моста, что нежелательно, так как снижается помехозащищенность и возникает высокая вероятность выдачи ложных сигналов.Providing a minimum lower concentration limit for the detection of combustible gases and vapors and the required measurement range during aging and contamination with the combustion products of the thermocatalytic element is carried out by increasing the sensitivity of the amplifier stage of the bridge signal, which is undesirable, since noise immunity is reduced and there is a high probability of false signals.
Наличие двух чувствительных элементов требует значительного объемного пространства для их установки, соответственно, необходимо большое количество воздуха и ПГС для продувки и заполнения рабочего реакционного объема, что, в свою очередь, не позволяет использовать малогабаритные картриджи с воздухом и ПГС, находящиеся под давлением для дистанционной настройки и проверки стационарных сигнализаторов довзрывоопасных концентраций по месту монтажа, а переносных, индивидуальных в труднодоступных и удаленных местах в процессе выполнения работ.The presence of two sensitive elements requires a significant volume of space for their installation, respectively, a large amount of air and ASG is required to purge and fill the working reaction volume, which, in turn, does not allow the use of small-sized cartridges with air and ASG, which are under pressure for remote adjustment and checks of stationary signaling devices of pre-explosive concentrations at the installation site, and portable, individual in hard-to-reach and remote places during the execution of p work.
Наблюдаемая в последнее время интеграция в приборы для определения довзрывоопасных концентраций, использующих термокаталитический метод измерения, контроллеров, запрограммированных заводом-изготовителем, различного рода дисплеев для отображения цифробуквенной или графической информации расширяет перечень доступных функций, позволяет представить полученные данные в удобном для передачи и восприятия виде, но приводит к усложнению конструкции, ее удорожанию, снижению надежности. Это никак не отражается на качестве и точности измерения. Сам процесс настройки и калибровки сложный и длительный, техническое обслуживание большого парка приборов вызывает значительные трудности. Нецелесообразно закупать неремонтоспособные приборы с дорогой элементной базой, установленным программным обеспечением там, где уже заложены распределенные системы управления (РСУ), а отображение и обработка поступившей информации о довзрывоопасных концентрациях происходит на автоматизированном рабочем месте (АРМ).Recently observed integration into devices for determining pre-explosive concentrations using the thermocatalytic measurement method, controllers programmed by the manufacturer, various displays for displaying alphanumeric or graphic information expands the list of available functions, allows you to present the data in a form convenient for transmission and perception, but it leads to a complication of the structure, its rise in price, and a decrease in reliability. This does not affect the quality and accuracy of the measurement. The setup and calibration process itself is complex and lengthy; the maintenance of a large fleet of devices causes significant difficulties. It is inexpedient to purchase non-repairable devices with an expensive hardware base installed by software where distributed control systems (DCS) are already installed, and the display and processing of received information on pre-explosive concentrations occurs at an automated workstation (AWS).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, взятым за прототип, является «Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде» (патент РФ №2156972).The closest in technical essence to the claimed device, taken as a prototype, is the "Method for determining the concentration of combustible gases in an oxygen-containing medium" (RF patent No. 2156972).
Изобретение относится к области анализа газовых сред.The invention relates to the field of analysis of gaseous media.
Сущность: термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру и подают на него импульсы электрического тока, предварительно измеряют значение сопротивления 
Технический результат заключается в обеспечении возможности определения интегральной взрывоопасности многокомпонентных газовых сред, увеличении срока службы термокаталитических элементов и уменьшении энергопотребления. Для компенсации влияния температуры определяют ряд значений коэффициента К при различных температурах кислородосодержащей среды в диапазоне (-70)-(+70)°С, аппроксимируют полученные значения коэффициента К в виде прямой и определяют поправочный коэффициент β. Поскольку значение 
Так как начальное значение импульса тока равно нулю, в интервале между импульсами ток также равен нулю, и питание отключено. Благодаря этому, а также в связи с использованием только одного термокаталитического элемента, энергопотребление значительно уменьшается, что позволяет создавать на базе данного способа портативные приборы с большим временем непрерывной работы. Введение поправочного коэффициента β позволяет компенсировать влияние изменения температуры окружающей среды на значение коэффициента K и снизить предел основной относительной погрешности определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде с ±20% до ±7,5%.Since the initial value of the current pulse is equal to zero, in the interval between pulses, the current is also equal to zero, and the power is turned off. Due to this, and also in connection with the use of only one thermocatalytic element, energy consumption is significantly reduced, which allows you to create portable devices with a long continuous operation time on the basis of this method. The introduction of the correction coefficient β makes it possible to compensate for the effect of changes in the ambient temperature on the value of the coefficient K and to reduce the limit of the main relative error in determining the concentration of combustible gases in an oxygen-containing medium from ± 20% to ± 7.5%.
Термокаталитический элемент помещен в измерительную камеру, выполненную в виде сетчатого корпуса. В камере та же концентрация газов, что и в окружающей среде. На термокаталитический элемент подаются импульсы электрического тока от генератора импульсов тока. Генератор управляется контроллером, обеспечивающим подачу импульсов тока на термокаталитический элемент в заданные моменты времени. Величина импульсов тока задается генератором. С термокаталитического элемента на вход контроллера поступают электрические сигналы, содержащие информацию о текущем значении сопротивления.The thermocatalytic element is placed in a measuring chamber made in the form of a mesh housing. The chamber has the same gas concentration as in the environment. The thermocatalytic element is supplied with electric current pulses from a current pulse generator. The generator is controlled by a controller that provides current pulses to the thermocatalytic element at specified times. The magnitude of the current pulses is set by the generator. From the thermocatalytic element, electrical signals containing information about the current resistance value are received at the controller input.
Преимущественное отличие прототипа от аналогов: использование одного термокаталитического элемента, пониженное энергопотребление, исключение разброса крутизны градуировочных характеристик выходного сигнала термокаталитического элемента в зависимости от концентрации горючих газов, выраженной в % НКПР при различной молекулярной массе анализируемых газов, отсутствие дрейфа нулевого сигнала.The main difference between the prototype and analogues: the use of one thermocatalytic element, reduced energy consumption, elimination of the variation in the steepness of the calibration characteristics of the output signal of the thermocatalytic element depending on the concentration of combustible gases, expressed in% LEL for various molecular masses of the analyzed gases, the absence of zero signal drift.
Основным недостатком прототипа является то, что для каждого конкретного экземпляра нового термокаталитического элемента необходимо определение коэффициента K и поправочного, на температуру, коэффициента β, которые вводятся при настройке контроллера. Непросто определить момент времени τ2 - начало образования нагретого газового пограничного слоя вокруг термокаталитического элемента. Обязателен сложный алгоритм установки и коррекции пороговых значений. Проблематично зафиксировать обрыв термокаталитического элемента и цепей его питания в моменты отсутствия токового импульса. С практической точки зрения, замена вышедшего из строя термокаталитического элемента в приборе - трудоемкий процесс, требующий много времени и высокой квалификации исполнителя. Значения коэффициентов K и β не останутся постоянными при интенсивной эксплуатации и будут изменяться при старении и загрязнении термокаталитического элемента продуктами сгорания, для чего понадобится регулярная их поправка. Если процедура настройки почти в идеальных условиях лаборатории или мастерской не вызовет проблем, то по месту монтажа на технологическом объекте возникнут определенные трудности в проверке и калибровке приборов, использующих данный способ. Прототип не предусматривает устранения влияния совокупности изменяющихся внешних факторов, таких как давление, влажность, газовоздушные потоки, на сопротивление термокаталитического элемента в интервалах 
Технической задачей изобретения является снижение стоимости, уменьшение габаритов и количества электронных компонентов, исключение из схемы сравнительного чувствительного элемента, упрощение процедуры настройки, устранение влияния на результат измерения совокупности изменяющихся внешних факторов, таких как температура, давление, влажность, газовоздушные потоки, уменьшение потребляемого тока, при выпуске приборов применение термокаталитических элементов разных предприятий и фирм-изготовителей, повышение надежности, реализация функции дистанционной настройки по воздуху и поверочной газовой смеси, возможность использования в стационарном режиме и в качестве индивидуальных легких и удобных сигнализаторов для мониторинга воздушной среды.An object of the invention is to reduce the cost, reduce the size and number of electronic components, exclude the comparative sensitive element from the circuit, simplify the setup procedure, eliminate the influence on the measurement result of a combination of changing external factors, such as temperature, pressure, humidity, gas and air flows, decrease in current consumption, in the manufacture of devices, the use of thermocatalytic elements of various enterprises and manufacturers, increasing reliability, the implementation of fu remote control settings for air and calibration gas mixture, the possibility of using in stationary mode and as individual light and convenient alarms for monitoring the air environment.
Для решения этой задачи специально разработан сигнализатор довзрывоопасных концентраций, состоящий из одинарного термокаталитического элемента, генератора стабильного тока, источников опорного напряжения, таймера, повторителя напряжения, электронных ключей, узла регистрации обрыва термокаталитического элемента, монитора питания, запоминающего каскада, компаратора превышения порога, узла отображения и передачи данных, отличающийся тем, что на термокаталитическом элементе формируется как начальное, так и пороговое падение напряжения, с плавающим изменяющимся значением.To solve this problem, a pre-explosive concentration warning device has been specially developed, consisting of a single thermocatalytic element, a stable current generator, voltage reference sources, a timer, a voltage follower, electronic keys, a thermocatalytic element break detection unit, a power monitor, a memory cascade, a threshold excess comparator, a display unit and data transmission, characterized in that on the thermocatalytic element both the initial and threshold drops are generated I, a floating variable value.
Блок-схема сигнализатора довзрывоопасных концентраций (ИСПОЛНЕНИЕ 1) изображена на Фиг. 2. Одинарный термокаталитический элемент (R2 ч.) включен в цепь генератора стабильного тока, собранного на операционном усилителе ОУ2 и транзисторе VT1, последовательно, перед образцовым резистором R1. Одинарный термокаталитический элемент одним выводом соединен с эмиттером выходного транзистора генератора стабильного тока и вторым (неинвертируемым) входом повторителя напряжения, другим выводом - с образцовым резистором и первым (инвертируемым) входом операционного усилителя генератора стабильного тока и узла регистрации обрыва термокаталитического элемента. Образцовый резистор R1 характеризуется низким температурным коэффициентом и собственными шумами.The block diagram of the pre-explosion hazard signaling device (EXECUTION 1) is shown in FIG. 2. A single thermocatalytic element (R2 hours) is included in the circuit of a stable current generator assembled on an operational amplifier ОУ2 and transistor VT1, in series, in front of the model resistor R1. A single thermocatalytic element is connected with one output to the emitter of the output transistor of the stable current generator and the second (non-invertible) input of the voltage follower, and the other output is connected to the model resistor and the first (invertible) input of the operational amplifier of the stable current generator and the detection unit of the break of the thermocatalytic element. The reference resistor R1 is characterized by a low temperature coefficient and its own noise.
Источник опорного напряжения ИОН(1) задает рабочий ток через одинарный термокаталитический элемент и формирует начальное значение падения напряжения на нем. Источник опорного напряжения ИОН(2) задает ток через термокаталитический элемент больше рабочего и формирует пороговое значение падения напряжения на нем.The reference voltage source ION (1) sets the operating current through a single thermocatalytic element and forms the initial value of the voltage drop across it. The reference voltage source ION (2) sets the current through the thermocatalytic element more than the working one and forms a threshold value for the voltage drop across it.
При включении сигнализатора горючих газов в среде чистого воздуха активируется таймер и отпираются электронные ключи (2), (4), происходит генерация повышенного тока и запоминание заданного значения порогового напряжения на конденсаторе С2. Пороговое значение напряжения равно падению напряжения на одинарном термокаталитическом элементе при рабочем токе в среде поверочной газовой смеси и пропорционально имеющейся концентрации.When the combustible gas detector is turned on in a clean air environment, a timer is activated and electronic keys are unlocked (2), (4), an increased current is generated and the set value of the threshold voltage on the capacitor C2 is stored. The threshold voltage value is equal to the voltage drop across a single thermocatalytic element at a working current in the medium of the calibration gas mixture and in proportion to the available concentration.
После прогрева одинарного термокаталитического элемента отпираются электронные ключи (1), (3), а (2), (4) запираются, генерируется рабочий ток, который всегда ниже порогового, при этом исключается выдача ложного сигнала о превышении порога, для принятого процентного содержания от нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР).After warming up a single thermocatalytic element, the electronic keys (1), (3) are unlocked, and (2), (4) are locked, an operating current is generated, which is always below the threshold, and the generation of a false signal about exceeding the threshold is excluded for the received percentage of lower concentration limit of flame propagation (LEL).
Узел регистрации обрыва термокаталитического элемента собран на операционном усилителе ОУЗ. При обрыве одинарного термокаталитического элемента на выходе операционного усилителя ОУЗ появляется высокий уровень, так как напряжение на первом (инвертируемом) входе, он оказывается подключенным на общий минус, через образцовый резистор R1, становится ниже задаваемого на второй (неинвертируемый) вход источником опорного напряжения ИОН(3). Сигнал об обрыве термокаталитического элемента поступает на узел отображения и передачи данных.The site for recording a break of a thermocatalytic element is assembled on an operational amplifier OUZ. When a single thermocatalytic element breaks at the output of the operational amplifier of the RAM, a high level appears, since the voltage at the first (invertible) input, it turns out to be connected to the common minus, through the model resistor R1, becomes lower than the reference voltage source ION set to the second (non-invertible) input ( 3). The signal about the breakdown of the thermocatalytic element is supplied to the display and data transmission unit.
Напряжение на конденсаторе С1, которое снимается с повторителя, собранного на операционном усилителе ОУ1, сравнивается с запомненным напряжением на конденсаторе С2. При превышении порогового значения срабатывает компаратор, собранный на операционном усилителе ОУ4. На его выходе появляется высокий уровень. Сигнал о превышении порогового значения поступает на узел отображения и передачи данных.The voltage on capacitor C1, which is removed from the repeater collected on the operational amplifier OU1, is compared with the stored voltage on capacitor C2. When the threshold value is exceeded, the comparator assembled on the OU4 operational amplifier is triggered. A high level appears at its output. The signal on exceeding the threshold value is supplied to the display and data transmission unit.
Конденсаторы C1, С2 и диоды VD1, VD2 образуют запоминающий каскад.Capacitors C1, C2 and diodes VD1, VD2 form a storage stage.
При уменьшении значения падения напряжения на одинарном термокаталитическом элементе конденсатор С1 разряжается обратным током, через катод диода VD1, через электронный ключ (3) и выходные цепи повторителя напряжения на операционном усилителе ОУ1. Разряду конденсатора С2 препятствует электронный ключ (4).With decreasing voltage drop across a single thermocatalytic element, capacitor C1 is discharged by reverse current through the cathode of diode VD1, through an electronic switch (3) and the output circuits of a voltage follower on an operational amplifier ОУ1. The discharge of capacitor C2 is prevented by an electronic switch (4).
Диод VD2 исключает быстрый разряд конденсатора С2 в моменты отпирания электронного ключа (4) и, соответственно, срабатывание компаратора на ОУ4.The diode VD2 eliminates the fast discharge of the capacitor C2 at the moments of unlocking the electronic key (4) and, accordingly, the operation of the comparator on the OS4.
Контроль за питающим напряжением осуществляет монитор питания.Monitoring the supply voltage is carried out by the power monitor.
Для устранения межкаскадного влияния и функционирования запоминающего каскада в сигнализаторе довзрывоопасных концентраций используются операционные усилители с входными токами не более 10 фемтоампер.Operational amplifiers with input currents of not more than 10 femtoamperes are used to eliminate the inter-cascade effect and functioning of the storage cascade in the detector of pre-explosive concentrations.
Заданное значение порогового напряжения на конденсаторе С2 сохраняется не менее 12 месяцев.The set value of the threshold voltage on the capacitor C2 is stored for at least 12 months.
Необходимо отметить что уменьшение потенциала на конденсаторе С2 при его саморазряде приводит к уменьшению порогового значения напряжения и, соответственно, что немаловажно, к снижению концентрации обнаружения сигнализатором горючих газов и паров.It should be noted that a decrease in the potential on the capacitor C2 during its self-discharge leads to a decrease in the threshold voltage value and, accordingly, importantly, to a decrease in the detection concentration of combustible gases and vapors by the detector.
Хотя опорное напряжение задается прецизионным источником, значение падения напряжения на одинарном термокаталитическом элементе, при протекании через него тока, непостоянно (при отсутствии в анализируемом воздухе горючих газов и паров) и зависит от влияния совокупности изменяющихся внешних факторов (температура, давление, влажность, газовоздушные потоки), это влияние на термокаталитический элемент при проверке и калибровке одинаково для рабочего и порогового тока.Although the reference voltage is set by a precision source, the value of the voltage drop across a single thermocatalytic element, when current flows through it, is unstable (in the absence of combustible gases and vapors in the analyzed air) and depends on the influence of a combination of changing external factors (temperature, pressure, humidity, gas and air flows ), this effect on the thermocatalytic element during verification and calibration is the same for the operating and threshold current.
Блок-схема сигнализатора довзрывоопасных концентраций (ИСПОЛНЕНИЕ 2) изображена на Фиг. 3. При включении сигнализатора (активируется таймер - ключ (2) открыт, ключ (1) закрыт) и одновременном обдуве одинарного термокаталитического элемента поверочной газовой смесью, с известным процентным содержанием от НКПР, производится автоматическое формирование порогового значения падения напряжения на термокаталитическом элементе, начальное значение падения напряжения сформируется также автоматически, после прогрева (состояние ключей (1) и (2) сменится на противоположное) и помещения сигнализатора довзрывоопасных концентраций в среду с чистым воздухом. При этом пороговое и начальное значение падения напряжения при проверке и калибровке будут смещаться на одинаковую величину как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения при воздействии совокупности изменяющихся внешних факторов. Сигнализатор довзрывоопасных концентраций (ИСПОЛНЕНИЕ 2) не требует никаких регулировок, а степень старения термокаталитического элемента проявится только меньшим, зафиксированным и запомненным на конденсаторе С2, значением падения напряжения, без снижения чувствительности.The block diagram of the pre-explosion hazard signaling device (EXECUTION 2) is shown in FIG. 3. When the detector is turned on (the timer is activated — the key (2) is open, the key (1) is closed) and the single thermocatalytic element is blown with a test gas mixture, with a known percentage of LEL, the threshold voltage drop on the thermocatalytic element is automatically generated, the initial the voltage drop value will also be generated automatically, after warming up (the state of the keys (1) and (2) will change to the opposite) and placing the pre-explosion hazard signaling device in the environment with clean air. In this case, the threshold and initial value of the voltage drop during verification and calibration will be shifted by the same amount both in the direction of decrease, and in the direction of increase when exposed to a combination of changing external factors. The detector of pre-explosive concentrations (EXECUTION 2) does not require any adjustments, and the degree of aging of the thermocatalytic element will manifest itself only with a lower value of the voltage drop fixed and stored on the capacitor C2, without loss of sensitivity.
Блок-схема сигнализатора довзрывоопасных концентраций (ИСПОЛНЕНИЕ 3) изображена на Фиг. 4. При включении сигнализатора активируется таймер и отпираются электронные ключи (1), (4), ключ (2), (3) заперт. Конденсатор С2 через диод VD2 заряжается до уровня, задаваемого источником опорного напряжения ИОН (4). Это напряжение фиксировано и не изменяется, является контрольным, по уровню на 5-7% выше начального значения падения напряжения на одинарном термокаталитическом элементе при протекании рабочего тока в среде чистого воздуха, это значение принимается за ПОРОГ 1. Так как контрольное напряжение на конденсаторе С2 установится раньше, чем на конденсаторе С1 (необходимо время для прогрева термокаталитического элемента), не произойдет срабатывание компаратора на ОУ4 и выдача сигнала на узел отображения и передачи данных, при условии отсутствия в воздухе рабочей зоны минимального количества горючих газов и паров. Что позволяет проконтролировать воздушную среду перед дистанционной настройкой, например, группы стационарных сигнализаторов довзрывоопасных концентраций и в последующем, при необходимости, провести адресную проверку отдельных из них. Далее электронные ключи (1), (4) запираются, отпираются ключи (2), (3), происходит генерация порогового тока и запоминание порогового значения падения напряжения на термокаталитическом элементе конденсатором С2, это значение принимается за ПОРОГ 2. Затем электронные ключи (2), (3) запираются (ключ (4) остается запертым), отпирается электронный ключ (1) и начинается процесс измерения.The block diagram of the pre-explosion hazard signaling device (EXECUTION 3) is shown in FIG. 4. When the alarm is turned on, the timer is activated and the electronic keys (1), (4) are unlocked, the key (2), (3) is locked. The capacitor C2 is charged through the VD2 diode to the level specified by the ion voltage reference source (4). This voltage is fixed and does not change, it is a control one, at a level of 5-7% higher than the initial value of the voltage drop on a single thermocatalytic element when the operating current flows in a clean air environment, this value is taken as
Сигнализатор довзрывоопасных концентраций, диффузионного (конвекционного) типа, не реагирует на сильные газовоздушные потоки и порывы ветра, это очень важно, если он установлен и используется на открытых площадках, в тоннелях, хранилищах, резервуарных парках и платформах. Так как начальное значение падения напряжения на одинарном термокаталитическом элементе ниже порогового, влияние сильных газовоздушных потоков и ветра приводит к его охлаждению и, соответственно, к уменьшению сопротивления и снижению значения падения напряжения на нем. Внешний охлаждающий фактор, действующий на одинарный термокаталитический элемент постоянно, автоматически учитывается при установке начального и порогового значения падения напряжения.The warning device of pre-explosive concentrations, diffusion (convection) type, does not respond to strong gas flows and wind gusts, it is very important if it is installed and used in open areas, in tunnels, storages, tank farms and platforms. Since the initial value of the voltage drop on a single thermocatalytic element is lower than the threshold, the influence of strong gas-air flows and wind leads to its cooling and, accordingly, to a decrease in resistance and a decrease in the voltage drop on it. The external cooling factor acting on a single thermocatalytic element constantly is automatically taken into account when setting the initial and threshold voltage drop values.
Так как рабочий и сравнительный чувствительный элементы включены последовательно, в смежные плечи моста, то исключение из схемы сравнительного чувствительного элемента позволяет вдвое снизить ток, необходимый для разогрева до нужной температуры одинарного термокаталитического элемента.Since the working and comparative sensitive elements are connected in series to adjacent shoulders of the bridge, the exclusion of the comparative sensitive element from the circuit allows you to halve the current required to heat a single thermocatalytic element to the desired temperature.
Рабочая реакционная камера, куда установлен одинарный термокаталитический элемент, не превышает 30 мм3, что требует ничтожно малого количества поверочной газовой смеси и воздуха. Это позволяет реализовать функцию дистанционной настройки и проверки стационарных сигнализаторов довзрывоопасных концентраций по месту монтажа, а переносных (индивидуальных) в труднодоступных и удаленных местах в процессе выполнения работ с помощью малогабаритных картриджей с воздухом или ПГС, находящихся под давлением.The working reaction chamber, where a single thermocatalytic element is installed, does not exceed 30 mm 3 , which requires a negligible amount of span gas mixture and air. This allows you to implement the function of remote configuration and verification of stationary signaling devices of pre-explosive concentrations at the installation site, and portable (individual) in hard-to-reach and remote places during work with the help of small-sized cartridges with air or ASG under pressure.
Сигнализатор довзрывоопасных концентраций не критичен к сопротивлению термокаталитического элемента, не требуется его подборка, поэтому могут применяться термокаталитические элементы разных предприятий и фирм изготовителей.The pre-explosive concentration signaling device is not critical to the resistance of the thermocatalytic element, its selection is not required, therefore thermocatalytic elements of different enterprises and manufacturers can be used.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149682/28A RU2558006C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Alerter of critical pre-explosive concentrations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149682/28A RU2558006C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Alerter of critical pre-explosive concentrations |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013149682A RU2013149682A (en) | 2015-05-20 |
| RU2558006C2 true RU2558006C2 (en) | 2015-07-27 |
Family
ID=53283653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013149682/28A RU2558006C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Alerter of critical pre-explosive concentrations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2558006C2 (en) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2096776C1 (en) * | 1995-05-16 | 1997-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "Сфинкс" | Indicator of degree of explosiveness of gas and air mixture |
| RU2131601C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Михеев Евгений Николаевич | Methane alarm |
| RU2156972C1 (en) * | 1999-09-09 | 2000-09-27 | Савельев Владимир Алексеевич | Method determining concentration of combustible gases in oxygen-carrying atmosphere |
| RU2161823C2 (en) * | 1999-08-26 | 2001-01-10 | Акционерное общество закрытого типа "Сфинкс" | Indicator of level of explosion hazard of gas and air mixture |
| RU65235U1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" | GAS ALARM |
| CN201345156Y (en) * | 2008-12-30 | 2009-11-11 | 北京瑞普韦尔仪表有限公司 | Toxic gas detecting alarm |
| RU2411511C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Device for monitoring concentration of dangerous gases |
| CN201917998U (en) * | 2010-12-10 | 2011-08-03 | 陕西亚泰电器科技有限公司 | Stand-alone anti-explosion alarm for inflammable gas |
| RU2438186C1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere |
| RU2488812C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-07-27 | Елена Евгеньевна Карпова | Home methane alarm |
-
2013
- 2013-11-06 RU RU2013149682/28A patent/RU2558006C2/en active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2096776C1 (en) * | 1995-05-16 | 1997-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "Сфинкс" | Indicator of degree of explosiveness of gas and air mixture |
| RU2131601C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Михеев Евгений Николаевич | Methane alarm |
| RU2161823C2 (en) * | 1999-08-26 | 2001-01-10 | Акционерное общество закрытого типа "Сфинкс" | Indicator of level of explosion hazard of gas and air mixture |
| RU2156972C1 (en) * | 1999-09-09 | 2000-09-27 | Савельев Владимир Алексеевич | Method determining concentration of combustible gases in oxygen-carrying atmosphere |
| RU65235U1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" | GAS ALARM |
| CN201345156Y (en) * | 2008-12-30 | 2009-11-11 | 北京瑞普韦尔仪表有限公司 | Toxic gas detecting alarm |
| RU2411511C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Device for monitoring concentration of dangerous gases |
| RU2438186C1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere |
| CN201917998U (en) * | 2010-12-10 | 2011-08-03 | 陕西亚泰电器科技有限公司 | Stand-alone anti-explosion alarm for inflammable gas |
| RU2488812C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-07-27 | Елена Евгеньевна Карпова | Home methane alarm |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013149682A (en) | 2015-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110646466B (en) | Calibration method, system and equipment of semiconductor type gas sensor | |
| CN110044407B (en) | Method for detecting an electrical fault, device for carrying out said method and electrical enclosure | |
| CN106940205B (en) | Calibration method for humidity sensor in high-humidity environment | |
| CN101292151A (en) | Digital gas detector and noise reduction techniques | |
| KR101574709B1 (en) | System for detecting fire and electric appliance box using multi-sensor | |
| EP3702770A1 (en) | Calibration of photoionization detector based on zero level in presence of uv light | |
| US9285308B2 (en) | Interference-compensating NDIR gas sensor for measuring acetylene | |
| CN112578075B (en) | Combustion analyzer with dual carbon monoxide and methane measurements | |
| CN104903649B (en) | There is the live probe of improved diagnosis and compensation function | |
| RU2558006C2 (en) | Alerter of critical pre-explosive concentrations | |
| KR100358576B1 (en) | Gas detector | |
| KR101705542B1 (en) | Device for preventing gas leak fire / explosion incident using gas sensor and method for controling the apparatus | |
| CN108227673A (en) | A kind of appraisal procedure for predicting the stopping sliding door controller service life | |
| Ivanov et al. | Expanding catalytic sensor capabilities to combustible gas mixtures monitoring | |
| CN205288466U (en) | Spectrum appearance constant temperature equipment and install device's ultraviolet flue gas analyzer | |
| CN115839916A (en) | Gas detection alarm system and method for temperature change of immune laser | |
| Wilson et al. | Performance analysis of a novel pyroelectric device for non-dispersive infra-red CO 2 detection | |
| CN104359949A (en) | Gas concentration measuring method | |
| US20130229284A1 (en) | Gas safety monitor | |
| CN204694658U (en) | A kind of pavement heat radiation tester | |
| Shrestha et al. | An Experimental Evaluation of HVAC-Grade Carbon-Dioxide Sensors--Part 2: Performance Test Results. | |
| Shrestha | Performance evaluation of carbon-dioxide sensors used in building HVAC applications | |
| RU2817861C1 (en) | System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, which includes several sensors, method of its use and testing | |
| RU2816828C1 (en) | System for automatic detection of overheating of electrical equipment elements using comparison sensor, method of its use and testing | |
| RU2816750C1 (en) | Adaptive system for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, method of use and testing thereof |