Автoры: Гуcев Алекcандр Леoнидoвич, Забабуркин Дмитрий Иванoвич, Пoпкoва Вера Якoвлевна, Дoбрoвoльcкий Юрий Анатoльевич
Изoбретение мoжет быть иcпoльзoванo в бытoвых уcлoвиях, на шахтах, для пoиcка негерметичноcтей в газопроводах и др. Сигнализатор cодержит корпуc, иcточник питания. В корпуcе размещены поcледовательно cоединенные датчик, блок cравнения напряжения, измерительно-cигнализирующее уcтройcтво. Блок cравнения напряжения выполнен на эквиваленте лямбда-диода, а корпуc выполнен герметичным из электропроводного оптичеcки прозрачного полимерного материала. Изобретение обеспечивает снижение тока потребления, повышение надежности, в том числе и взрыво- и пожаробезопасности, а также расширение функциональных возможностей сигнализатора, 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к контрольной технике, в частности к сигнализаторам, например, утечки газа в бытовых условиях, на шахтах, поиска негерметичностей в газопроводах и др.
Известен датчик утечки газа (РФ п.
19585, опубл. 10.09.2001), содержащий сенсор с чувствительным слоем на основе диоксида олова с легированными присадками, элемент подогрева сенсора, блок сравнения и регулировки, выходной каскад и стабилизатор напряжения источника питания. В стабилизаторе напряжения имеется интегральная схема с низким падением напряжения и параллельно подключенным транзистором, а также включенными элементами защиты от переполюсовки и перенапряжения источника питания. Дополнительно к нагревательному элементу сенсора последовательно подключен резистор, являющийся элементом термостатирования, причем выходной каскад выполнен в виде резисторной матрицы с возможностью подключения двух датчиков в одной точке, а в качестве блока сравнения применен операционный усилитель.
Недостатком датчика является достаточно сложная схема, требующая наличие стабилизатора напряжения.
Прототипом является металл-оксидный химический датчик, включенный в схему моста Уитстона (Дж.Фрайден, Справочник «Современные датчики», «Техносфера», Москва, 2006 г., стр.514-516). Изменение сопротивления датчика приводит к разбалансу моста. Для температурной балансировки мостовой схемы применяется термистор с отрицательным температурным коэффициентом с параллельным линеаризующим резистором. Поскольку датчик ведет себя как сопротивление, величина которого меняется в зависимости от типа газа и его концентрации, падение напряжения на нем будет пропорционально этому сопротивлению.
Недостатком устройства также является наличие преобразователя напряжения (компаратора), требующего биполярного питания ±15 В.
Задачей является упрощение устройства со сниженным током потребления, повышение его надежности, в том числе и взрыво- и пожаробезопасности, а также расширение функциональных возможностей сигнализатора.
Предлагаемая схема сигнализатора работает от любого источника питания ±9 В без преобразователя напряжения (аккумулятор, батарея, солнечный элемент и др.), соответственно снижается ток потребления, т.к. нет дополнительной схемы, кроме того, полевые транзисторы значительно меньше потребляют ток. Данное решение упрощает схему и, соответственно, повышает ремонтопригодность. Кроме того, сигнализатор может работать в полевых условиях, так как он может быть снабжен автономным источником питания или генератором.
Поставленная задача решается следующим образом. Сигнализатор утечки газа содержит корпус, источник питания, в корпусе размещены последовательно соединенные датчик, блок сравнения напряжения, измерительно-сигнализирующее устройство. Блок сравнения напряжения выполнен на эквиваленте лямбда-диода, а корпус выполнен герметичным из электропроводного оптически прозрачного полимерного материала.
Корпус представляет собой основание и крышку, скрепленные байонетным соединением. Корпус может быть выполнен в виде шайбы. Корпус может быть выполнен из байтрона. Корпус может быть покрыт фотоэлектрическим материалом. Основание корпуса с внешней стороны может быть снабжено элементом крепления. Элемент крепления может быть выполнен в виде скобы или самоклеящейся пленки. Измерительно-сигнализирующее устройство может быть снабжено звуковой и световой сигнализацией. Датчик может быть выполнен термохимическим, при этом источник питания представляет собой топливный элемент. Датчик может быть выполнен в виде топливного элемента, вмонтированного в корпус. Топливный элемент может быть выполнен из пакета полимерной пленки, например из нафиона. Датчик может быть выполнен на полевом транзисторе. Сигнализатор может быть снабжен регулировочным блоком для подстройки датчика. Сигнализатор может быть снабжен радиосвязью. Сигнализатор может быть связан с монитором. Сигнализатор может быть снабжен телефонной связью.
На фиг.1 показан общий вид варианта исполнения сигнализатора, на фиг.2 представлена электрическая схема сигнализатора.
Ниже представлен один из вариантов исполнения сигнализатора утечки газа, в частности концентрации водорода.
Сигнализатор представляет собой корпус, состоящий из основания 1 и крышки 2, скрепленных между собой байонетным соединением, при этом корпус выполнен из электропроводного оптически прозрачного полимерного материала, например из байтрона. В корпусе установлена плата 3 с электрической схемой, представляющей собой последовательно соединенные датчик 4, блок сравнения напряжения 5, представляющего собой эквивалент лямбда-диода, излучатель звука 6, светодиоды 7. Снаружи на крышке 2 установлена водородопроницаемая пленка 8, а с обратной стороны, на основании 1 - скоба 9 для возможности установки сигнализатора. Датчик 4 выполнен на полевом транзисторе, но, как было сказано выше, датчик может быть выполнен термохимическим, при этом источником питания служит топливный элемент, а также в качестве датчика может быть топливный элемент, выполненный из пакета полимерной пленки, например из нафиона, и вмонтированный в корпус. Корпус покрыт фотоэлектрическим материалом (не показано), что в совокупности с электропроводным оптически прозрачным полимерным корпусом позволяет дополнительно получить энергию для «подпитки» источника питания и, таким образом, продлевает работоспособность сигнализатора. В качестве дополнительных функций для удобства эксплуатации сигнализатор может быть снабжен радиосвязью, связью с монитором, который расположен на некотором расстоянии от измеряемого объекта, а также телефонной связью (не показаны). Последние функции позволяют повысить безопасность работ, т.к. наблюдательный пункт вынесен за пределы помещения, в котором может возникнуть взрывоопасная ситуация из-за превышения предельно допустимой концентрации водорода.
Сигнализатор работает следующим образом.
Сигнализатор устанавливают рядом с контролируемым объектом. Это может быть, например, кухонная бытовая плита. При утечке газа датчик ведет себя как сопротивление, величина которого меняется в зависимости от концентрации газа, и падение напряжения на нем будет пропорционально этому сопротивлению. Эти данные обрабатываются в блоке сравнения напряжения и, если параметры превышают заданные, то включается внешняя сигнализация.
При наличии утечки водорода сопротивление сенсора датчика TGS 2620 уменьшается, напряжение на базе транзистора VT2 растет. На транзисторах VT3, VT4, представляющих собой эквивалент лямбда-диода (ж. «ПТЭ»
5, 1977 г., стр.96-98), и резисторе R6 собрано пороговое устройство, заменяющее стандартную схему компаратора. В отличие от стандартной схемы компаратора не требуется биполярного питания, что дает возможность обойтись без дополнительной схемы преобразователя напряжения и соответственно снижает ток потребления. Кроме того, применение полевых транзисторов вместо микросхемы компаратора также снижает ток потребления, что в совокупности позволяет в разы снизить ток потребления. Применение данного порогового устройства существенно упрощает общую схему и повышает ремонтопригодность. Минимальные напряжения +(7-12) В и малый ток потребления позволяют применять автономные источники питания и повышают взрывобезопасность устройства.
Если концентрация достигла 2%, на выходе порогового устройства скачком появляется напряжение, достаточное для включения зуммера звуковой сигнализации (НСМ1206М). При дальнейшем росте концентрации до 3% дополнительно включается мигающий красный светодиод VD2.
На транзисторе VT1 и микросхеме DA1 собран преобразователь напряжения, формирующий стабилизированное напряжение 5 В, необходимое для питания датчика. С выхода стабилитрона VD1 напряжение 5,6 В питает схему в целом.
