本发明属于电子自动分析气体仪器领域,是一种可以自动断续监测可燃性气体含量,并及时报警的袖珍可燃气体警报器,由一个占空比可调的脉冲报荡器驱动稳压电源工作在断续状态,使功耗较大的动作元件自动工作在继续采样状态,并能通过一个寄存触发器将采样时的警报信号寄存到下一个采样周期后,自动清零重新寄存。 目前,监测可燃性气体的仪器有两大类:一类是将探头置于工作面内,然后由信号传输线传给主机,然后报警显示;另一类是携带型的,是由甲烷检测人员携带进行操作检测。这里一个典型例子是美国专利4.028.057,这个发明已转让给受让者安匹克工业有限公司,这个专利描述了在气体分析仪的惠斯登电桥电路中有催化电阻元件和补偿元件,当携带者按动开关时,气体分析仪的电源连接到惠斯登电桥电路的两端,排列在一起的发光二极管形成模拟显示装置。点亮的发光二极管数量与惠斯登电桥的不平衡大小成正比,但只有当携带者按动开关,才能测量被测气体,因此,检测次数有限,众所周知,在矿井下甲烷的涌出量在空间与时间上都是不均匀的,通风系统一遇到故障,风流短路,以及遇到煤层变化等,都容易造成甲烷积聚如果此时没有使用气体分析仪器的携带者或者此处没有安装甲烷警报探头,就给瓦斯的爆炸造成很多的机会。
本发明就是根据矿井下生产现场的需要,克服了上述气体分析仪的种种缺点,而研制成功的一种可以自动断续监测可燃性气体含量。并可及时进行声光报警的袖珍可燃气体警报器,由工人佩带,走到那里可以自动监测到那里,当可燃性气体超限时声光齐报,便于及时采取措施。
本发明的袖珍甲烷警报器,当佩带者将仪器右侧上部开关Ks拨至开的位置时,由三节0.5A型镉镍电池开始向仪器电路提供电能这时施密特触发器A1与二极管D2D3电阻R1R2电容C1组成占空比可调的脉冲振荡器的输入端为低电位(由于电容两端电压不能突变)这时,施密特触发器A1的输出端为高电位,通过R2D3给电容C1充电,当电容C1上地充电电压达到施密特触发器A1的开启电压VT-时,施密特触发器A1的输出端立即从高电位翻转为低电位,这时,电容C1通过D2R1对地放电(由于这时A1输出端已接地),当电容C1上的放电电压低于施密特触发器A1的关门电压VT-时,施密特触发器A1的输出端立即由低电位翻转为高电位以上过程周而复始,形成了脉冲振荡器,在上述中可以知道,调整电阻R2就调整了施密特触发器A1输出高电位的时间常数,反之调整电阻R1也就改变了施密特触发器A1输出低电位的时间常数,调整电容C1和电阻R1R2的数值在施密特触发器A1的输出端即可得到高电位6~10秒,低电位30~60秒的脉冲,此脉冲经过电阻R5和施密特触发器A2反向隔离整形后分二路输出,一路经电阻R4到达三极管T2的基极,控制稳压电源工作在断续状态,即开通(6~10秒),关闭(30~60)秒,这样就使惠斯登电桥内的功耗较大的热催化元件也工作在断续状态,另一路,经过由电容C3和电阻R3组成的微分电路,给CMOS集成电路B1和B2组成的寄存触发器提供置零脉冲,由于微分电路中的电阻R3的一端接正电位,所以只有当施密特触发器A2输出低电位时微分电路才输出低电位,至寄存触发器的置“○”端置“○”,在施密特触发器A2输出低电位时,三极管T2截止,恢复了稳压电源放大管T4基极的正常偏置。稳压电源调整管T3开通,工作在稳压状态,当有甲烷时热催化动作元件P2表面温度增高阻值增大,惠斯登电桥输出与甲烷的百分比含量成正比的毫伏级信号,此毫伏信号经运算放大器8FC7反向放大后到达由十一个电压等级组成的电压比较器进行比较后点燃数量相对应的发光二极管显示出相对应的甲烷含量,当采样脉冲到来后,可燃性气体的含量,经惠斯登电桥和运算放大器放大后的直流电压到达警报予置电压比较器的电压时,电压比较器的输出端为低电位,三极管T6导通,这时有单稳态触发器A3将此时的信号钳位在低电位2~3秒后,经施密特触发器A4整形后输出端为低电位,寄存触发器输出高电位二极管D5钳位解除,恢复了闪光振荡器A5的振荡条件,闪光振荡器A5输出的脉冲,通过二极管D6和三极管T1,控制音频振荡器和装在探头右侧同探头外罩为一体的红色发光二极管工作在断续声光状态,这一状态一直维持到下一个采样脉冲上跳沿来到时,占空比可调振荡器输出高电位,触发器A2输出低电位,由于电容C3两端电压不能突变,所以在寄存触发器的输入端,瞬时得到一个低电位的置零尖脉冲,寄存触发器输出端为低电位,通过二极管D5将闪光振荡器A5的输入端置于低电位,使其成为一个反向器,这样A5的输出端为高电位,反向器B3为低电位三极管T1截止,警报发光二极管DI1熄灭,由于二极管D6的钳位作用,音频振荡器停振解除了声光警报,当甲烷含量没有超限时,三极管T6截止,施密特触发器A4输出为高电位,由于微分电路在稳压电路每次接通时都输出到寄存触发器B1一个低电位的尖脉冲,这个低电位的尖脉冲导致寄存触发器B1输出端输出一个正脉冲,这样在寄存触发器B2的输入端得到了两个正脉冲,所以寄存触发器B2的输出端为低电位,经反馈回B1输入端后继续维持寄存触发器B2的输出端为低电位,通过二极管D5将施密特触发器A5和电容C4电阻R8组成的振荡器停止振荡,这时施密特触发器A5输出端为高电位,经非门触发器B3输出为低电位分两路,一路经电阻R9将三极管T1的基极置于低电位,T1截止红色发光警报二极管熄灭,一路通过二极管D6钳位使施密特触发器A6电阻R10电容C5组成的音频振荡器停振进而压电蜂鸣器停报,本仪器为了消除热催化元件在刚接通电源时的正向冲值误输出,由施密特触发器A3和电容C2电阻R6二极管D4组成了单稳态触发器电路,其工作过程如下:
当稳压电源刚接通即热催化元件刚接通时,施密特触发器A1输出端为高电位通过电容C2经电阻R6给C2反充电,由于电容两端电压不能突变,所以在施密特触发器A3的输入端瞬时也为高电位而输出端则为低电位,通过二极管D4将报警误输出信号钳位在地2~3秒,由于电容C2通过电阻R6放电,使施密特触发器输入端电位逐渐下降,当到达A3的VT-时,A3输出端立即翻转为高电位,钳位解除,施密特触发器A4正常接收报警信号,本仪器为了防止反向充电,设置了反向保护二极管D1。
本仪器为了随时方便的测量甲烷,在壳体的右侧下部设置了微动开关KA其工作过程如下:按下微动开关KA三极管T2基极对地短路T2截止,恢复了稳压电源放大管T4的正常偏置,稳压电源开通发光分段显示管,显示出相对应的甲烷含量。
本发明的主要技术参数为:
1、测量范围:0~2.0% CH4
2、警报范围:0.6~2.0% CH4
3、警报方式:断续声光
4、显示方式:发光二极管分段显示
5、镉镍电池充电一次连续工作大于10小时(传感器采样为6~10秒断开为30~60秒)。
6、热催化动作元件采样时整机电流为:160毫安至190毫安,热催化动作元件未采样时整机电流为1.7毫安至2.6毫安。
7、仪器电源为:三节0.5A/时镉镍电池。
附图1说明
A1A2A3A4A5A6-CMOS集成电路六施密特触发器。
B1B2B3-CMOS集成电路2输入端四与非门。
8FC7-单电源运算放大器。
ICa中的(a1a2a3a4)ICb中的(b1b2b3b4)
ICc中的(C1C2C3C4)-为CMOS集成电路四电压比较器。
R57R58R59-四电压比较器偏置电阻。
占空比可调脉冲振荡器-A1C1D2D3R1R2组成。
单稳态触发器-A3C2R6组成。
寄存触发器-B1B2组成。
闪光脉冲振荡器-A5R8C4组成。
音频振荡器-A6C5R10组成。
稳压电源-T3T4T5D7D8D9D10R12R15R16R17R18R19C6组成。
惠斯登电桥-电阻R23R27P1P2R22W1组成。
P2-热催化动作元件。
P1-热催化补偿元件。
CZ-电池充电时的插座。
KS-仪器电源开关。
KA-仪器稳压电源微动开关。
附图2、3、4说明