Пристрій для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері

Пристрій для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері, який містить джерело C2 2 (19) 1 3 застосування в умовах запиленості рудничної атмосфери вугільної шахти. Найближчим за технічною суттю до пристрою, який заявляється, є спосіб вимірювання вмісту метану в рудничному повітрі та пристрій для його здійснення (А.с. СРСР №1363965 А1, МПК 7 G 01 N 21/35. опубл. 20.04.2000р.). Суть прототипу полягає в наступному. Пристрій для вимірювання вмісту метану в рудничному повітрі, що містить інфрачервоний лазер, дільник пучка інфрачервоного лазера, дві вимірювальні кювети, компресор, два детектори з підсилювачами, два функціональні перетворювачі та арифметичний блок, до виходу якого підключений блок індикації та реєстрації. Пристрій додатково забезпечений блоком управління, керованими першою і другою ємностями, приєднаними до другої вимірювальної кювети, елементом пам'яті, керованим ключем, вхід якого сполучений з виходом другого функціонального перетворювача, перший вихід керованого ключа через елемент пам'яті сполучений з другим входом арифметичного блоку, другий вихід керованого ключа сполучений з третім входом арифметичного блоку, управляючий вхід керованого ключа сполучений з першим виходом блоку управління, другий, третій і четвертий виходи якого сполучені відповідно з компресором, першою і другою ємностями, виходи першого і другого підсилювачів сполучені відповідно з входами першого і другого функціональних перетворювачів, вихід першого функціонального перетворювача сполучений з першим входом арифметичного блоку, а п'ятий вихід блоку управління сполучений з входом арифметичного блоку. Недоліком відомого пристрою є те, що для забезпечення необхідних показників точності вимірювального пристрою необхідно виключення впливу вугільного пилу на результат вимірювання концентрації метану, що здійснюється введенням фільтрів, при використанні яких знижується швидкодія вимірювального пристрою. Використання відомого пристрою не знайшло застосування в умовах вугільної шахти. Ще одним істотним недоліком прототипу є необхідність виконання декількох операцій для визначення концентрації метану в рудничному повітрі: вимірювання інтенсивності випромінювання, яке пройшло через кювету з нульовим вмістом метану, вимірювання інтенсивності випромінювання, яке пройшло через кювету з рудничним повітрям, а потім вимірювання з фіксованою кількістю метану С. При послідовному виконанні цих операцій знижується швидкодія вимірювального пристрою для контролю концентрації метану, а також необхідна наявність еталонних сумішей з нульовим та з фіксованим С вмістом метану, що призводить до виникнення труднощів при експлуатації відомого вимірювального пристрою в умовах вугільної шахти. У основу запропонованого винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері, в якому за рахунок обліку та компенсації впливу вугільного пилу на результати вимірювання концентрації метану, забезпечується швидкодія вимірювання концентрації метану не більш 0,8 с 92564 4 при необхідній точності контролю концентрації метану не більш 0,2об.%, що приводить до зменшення вірогідності виникнення вибухонебезпечної ситуації при раптових викидах пилу і газу у вугільній шахті. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері, що містить джерело випромінювання, дві вимірювальні кювети, два детектори оптичного інфрачервоного випромінювання з підсилювачами, причому детектори з підсилювачами сполучені з двома функціональними перетворювачами, блок управління та арифметичний блок, до виходу якого підключений блок індикації та реєстрації, згідно винаходу, пристрій додатково оснащено джерелом випромінювання, а вимірювальні кювети виконані відкритими, причому на однієї стороні відкритих вимірювальних кювет встановлені джерела інфрачервоного випромінювання, а на іншій стороні кювет на однієї осі з джерелами встановлені детектори, причому перший вхід блоку управління двонаправлено сполучений з арифметичним блоком, другий вхід блоку управління сполучений з блоком реєстрації та індикації, а третій вхід блоку управління за допомогою цифрового каналу зв'язку сполучений з системою аерогазового захисту вугільної шахти. Використання двох відкритих кювет, в кожній з яких знаходиться досліджувана руднична атмосфера, дозволяє збільшити швидкодію пристрою для вимірювання концентрації метану при необхіднійточності контролю за рахунок виключення системи фільтрів та еталонних газових сумішей. Використання двох джерел інфрачервоного випромінювання з різної довжиною хвилі спрощує обробку електричних сигналів для реалізації компенсації впливу запиленості рудничної атмосфери на результати вимірювання концентрації метану. В якості джерел інфрачервоного випромінювання в пристрої використовуються світловипромінюючі діоди: для першої вимірювальної кювети з довжиною хвилі випромінювання, яка відповідає максимуму поглинання метану в діапазоні довжин хвиль 3,20 3,45мкм, а довжина хвилі випромінювання другого джерела знаходиться поза максимумом поглинання метану в діапазоні довжин хвиль 2,20 3,10мкм. В якості детекторів оптичного випромінювання в пристрої використовуються фотодіоди, спектральні характеристики яких перекривають спектри обох джерел випромінювання. На Фіг. приведена структурна схема пристрою для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері, де 1 і 2 - джерела випромінювання першої і другої оптичних кювет; 3 і 4 - відкриті оптичні вимірювальні кювети; 5 і 6 - детектори оптичного випромінювання з підсилювачами першої і другої вимірювальний кювет; 7 і 8 - функціональні перетворювачі електричних сигналів; 9 - блок індикації та реєстрації; 10 - арифметичний блок; 11 блок управління; 12 - цифровий канал зв'язку; 13 система аерогазового захисту вугільної шахти. Робота пристрою здійснюється під управлінням блоку 11 та полягає в наступному. Потоки випромінювання від джерел випромінювання 1 і 2 5 92564 одночасно поступають у відкриті вимірювальні оптичні кювети 3 і 4, в яких знаходиться руднична атмосфера з вимірюваною концентрацією метану. Вимірювання інтенсивності інфрачервоного випромінювання, що пройшло через обидві кювети 3 і 4 перетворюється в електричні сигнали детекторами інфрачервоного випромінювання з підсилювачами 5 і 6. Електричні сигнали від детекторів з підсилювачами 5 і 6 поступають на функціональні перетворювачі 7 і 8. Дані блоки забезпечують рівність вихідних сигналів вимірювальних оптичних кювет при концентрації метану в них, яка дорівнює нулю, а також виконують масштабування вихідного сигналу, яке полягає в наступному: максимальний вихідний сигнал відповідає максимальному значенню діапазону вимірювання концентрації метану, а нуль - мінімальній концентрації. Електричні сигнали від блоків 7 і 8 передаються в арифметичний блок 10, в якому по розробленому алгоритму компенсації впливу вугільного пилу розраховується значення концентрація метану в Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 рудничній атмосфері. Під управлінням блоку 11 дані про концентрацію метану виводяться на блок індикації та реєстрації 9 та по засобах цифрового каналу зв'язку 12 передаються в систему аерогазового захисту вугільної шахти 13. Запропонований пристрій дозволяє підвищити швидкодію при вимірюванні концентрації метану у вугільних шахтах, за рахунок використання відкритих оптичних вимірювальних кювет, в яких знаходиться руднична атмосфера. Необхідні показники точності пристрою забезпечуються за рахунок виконання компенсації впливу вугільного пилу на результат вимірювання концентрації метану. Для чого в пристрої введений додатковий відкритий оптичний канал з джерелом випромінювання, довжина хвилі якого знаходиться поза максимумом поглинання метану. Використання даного пристрою в умовах вугільної шахти дозволить знизити вірогідність виникнення вибухонебезпечної ситуації при раптових викидах вугільного пилу і газу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601