Пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з хімічно зв’язаним киснем

Реферат: Пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем, містить термодатчик та джерело живлення для індикаторного пристрою, який складається з диференціального підсилювача, фільтра високої частоти, інтегратора, тригера Шмідта, мікропроцесора, що зв'язані між собою електричним колом. Джерело живлення складається з одного або кількох електрично з'єднаних між собою акумуляторних елементів та плати іскрозахисних елементів з дублюванням додатковими провідниками та електронними елементами електричних кіл, що залиті разом компаундом, а мікропроцесор має автономний елемент живлення, який складається з одного або кількох електрично з'єднаних хімічних елементів. UA 91479 U (54) ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ВІДПРАЦЮВАННЯ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПАТРОНА ДИХАЛЬНОГО АПАРАТА З ХІМІЧНО ЗВ'ЯЗАНИМ КИСНЕМ UA 91479 U UA 91479 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів індивідуального захисту органів дихання людини від шкідливих впливів, зокрема до складових частин ізолюючих дихальних апаратів з хімічно зв'язаним киснем, які застосовуються в непридатній для дихання атмосфері. Пристрій у складі апаратів з хімічно зв'язаним киснем може бути використаний у вибухонебезпечному середовищі в гірничодобувній, хімічній та інших галузях промисловості, на транспорті, при виконанні аварійно-рятувальних робіт, зокрема при ліквідації пожеж, аварій на АЕС і тому інше. Відомий пристрій для контролю відпрацювання регенеративного патрона, який входить до складу дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем (патент UA № 18320, А62В7/08, 1989 p.), що складається з термодатчика, який включає у себе два термоелементи та пристрій для обробки електричного сигналу і візуалізації інформації в цифровому вигляді. Один з термоелементів встановлений в повітропроводі між патроном і дихальним мішком у потоці газоповітряної суміші, яка виходить з патрона, і включений у коло позитивного зворотного зв'язку генератора імпульсів, до виходу якого інформаційним входом підключений лічильник імпульсів з дешифратором на виході, який з'єднаний виходом з цифровим індикатором, а другий термоелемент встановлений в корпусі індикатора відпрацювання і включений в коло негативного зворотного зв'язку генератора. Він має такі недоліки: - істотну нелінійність показань цифрового індикатора, яка не коригується апаратурними засобами, що утруднює проведення правильного розрахунку запасу кисню, який залишився у регенеративному патроні; - великі похибки індикації, що виникають при зміні зовнішнього навантаження користувача апаратом чи при перервах у роботі; - відсутність індикації запуску регенеративного патрона; - відсутність можливості перевірки пристрою перед застосуванням. Ці недоліки усунуті в пристрої контролю відпрацювання регенеративного патрона з хімічно зв'язаним киснем (патент UA 58288A, G01D3/00, 2002 p.), що складається з термодатчика та індикаційного пристрою, зв'язаних між собою електричним колом. Термодатчик виконаний у вигляді двох малоінерційних термоізольованих від складових частин дихального апарата термоелементів, які встановлені в повітропроводі між патроном і теплообмінником так, що один термоелемент знаходиться в газоповітряному потоці, який виходить з патрона, а другий - на невеликій відстані від першого, але ізольований від безпосереднього впливу газового потоку і включений в електричну схему зустрічно з першим, а різницевий сигнал через екранований кабель подається до індикаційного пристрою, який складається з диференціального підсилювача, фільтра високої частоти, інтегратора, тригера Шмідта та мікропроцесора, вихід якого з'єднаний з світловою та/або цифровою індикацією ступеня відпрацювання регенеративного патрона та зі звуковою сигналізацією, яка включається по досягненні певного ступеня відпрацювання регенеративного патрона. Він має такі недоліки: - непридатність для використання у гірничодобувній промисловості внаслідок невідповідності вимогам іскробезпеки, які вимагають обмеження струму короткого замкнення елементів живлення до іскробезпечних параметрів; - використання у якості елемента живлення гальванічних елементів економічно невигідне та не гарантує живлення при використанні пристрою за призначенням на весь період захисної дії респіратора внаслідок саморозряджування гальванічних елементів в період очікування застосування пристрою; - внаслідок розриву електричного кола, навіть короткочасному, що може статися в екстремальних умовах, пов'язаних зі стисненістю гірничих виробок, вологістю або безпосереднього впливу води, значення показника відпрацювання патрона обнулюються. Цей пристрій вибраний за прототип як найбільш близький до рішення, що заявляється, за своїми суттєвими ознаками та технічним результатом, що досягається. На підставі викладеного випливає, що задачею, на рішення якого спрямована корисна модель, є усунення зазначених недоліків, тобто поліпшення експлуатаційних характеристик пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона шляхом виконання електричної схеми у відповідності до вимог іскробезпеки, збільшення безпеки використання за рахунок застосування акумуляторного елементу живлення, що зумовлює також зменшення експлуатаційних витрат, та запобігання обнулення показника відпрацювання регенеративного патрону під час експлуатації за рахунок автономного елемента живлення мікропроцесора. Вирішення цієї задачі досягається тим, що пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем, що містить термодатчик та джерело живлення для індикаторного пристрою, який складається з 1 UA 91479 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 диференціального підсилювача, фільтра високої частоти, інтегратора, тригера Шмідта, мікропроцесора, що зв'язані між собою електричним колом, відповідно до корисної моделі включає у склад джерела живлення один або кілька електрично з'єднаних між собою акумуляторних елементів та плату іскрозахисних елементів з дублюванням додатковими провідниками та електронними елементами електричних кіл, що залиті разом компаундом, а мікропроцесор має автономний елемент живлення, який складається з одного або кількох електрично з'єднаних хімічних елементів. Таке виконання пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем відрізняється поліпшеною експлуатаційною характеристикою, тому що, по-перше, використання у якості елементів живлення акумуляторних елементів дозволяє багаторазове використання елементів після підзарядки; дозволяє гарантувати заряд елементу живлення при використанні режиму "Stand by", коли пристрій постійно включений на зарядку в очікуванні використання; по-друге, дублювання додатковими провідниками та електронними елементами електричних кіл забезпечує індикатор живленням у разі виходу зі строю основного кола, що також є вимогою іскробезпеки гірничорудного електрообладнання; по-третє, залиття акумуляторних елементів надає можливість використання пристрою у вибухонебезпечному середовищі, яким насамперед характеризується гірничодобувна промисловість внаслідок відповідності вимогам іскробезпеки; в четверте, автономний елемент живлення мікропроцесора, який складається з одного або кількох електрично з'єднаних хімічних елементів, дає змогу забезпечити збереження показників відпрацювання патрона при тимчасовому розриві електричних кіл індикаторного пристрою або індикаторного пристрою та датчика. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено принципову схему пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона, на фіг. 2 показаний термодатчик пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона, на фіг. 3 показаний варіант виконання автономного джерела живлення мікропроцесора індикаційного пристрою, на фіг. 4 показаний варіант виконання джерела живлення пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона, на фіг. 5 показаний зовнішній вид індикаційного пристрою, на фіг. 6 показаний пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона у складі ізолюючого дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем. Функціонально і конструктивно пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона з хімічно зв'язаним киснем складається з термодатчика 1 та індикаторного пристрою 2, що зв'язані між собою електричним колом (фіг. 1). Індикаторний пристрій 2 складається з диференціального підсилювача сигналу 3, що надходить з термодатчика 1, фільтра високої частоти 4, інтегратора 5, тригера Шмідта 6, мікропроцесора 7 з автономним джерелом живлення, цифрового індикатора 8, джерела живлення 9 в іскробезпечному виконанні. Термодатчик 1 складається з двох термоелементів 10 і 11 (фіг. 2), що знаходяться в металевому корпусі циліндричної форми 12. З боку корпуса 12 до термоелементів 10 і 11 приєднано проводи в термостійкій ізоляції, які ущільнені за допомогою колодки 13, втулки 14 і гайки 15. Термоелемент 10 знаходиться в потоці газоповітряної суміші, яка виходить з регенеративного патрона (на фіг. 2 не показаний), а термоелемент 11 - поза безпосереднього впливу потоку і включений зустрічно термоелементу 10. Термоелементи 10 і 11 підключені до з'єднувача 16 типу PC10 (розетка) екранованим трипровідним кабелем 17, ущільненим з боку з'єднувача 16 за допомогою втулки і кільця (на фіг. 2 не показані). У неробочому положенні з'єднувач 16 термодатчика закритий знімною заглушкою 18. Автономне джерело живлення мікропроцесора 7 складається з двох послідовно включених Li-ion хімічних елементів живлення 19 (фіг. 3) типу CR2032, підключених до входу стабілізатора напруги 20, позитивний вихід якого підключений до анода розділового діода 21, катод якого підключений до виводу живлення 22 мікропроцесора 7 (на фіг. 3 не показано), а також до катоду діоду Шотки 23, анод якого підключений до позитивного полюсу "+" 24 джерела живлення 9 пристрою контроля відпрацювання, який в свою чергу підключений до виводу 25 живлення цифрового індикатора 8. Джерело живлення 9 пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона (фіг. 4) складається з чотирьох акумуляторних елементів 26 з'єднаних послідовно і плати з іскрозахисними елементами: резисторами 27, 28, 29, транзисторами 30, 31, 32 та мікросхеми 33, які обмежують струм короткого замкнення до іскробезпечних параметрів. Всі елементи джерела живлення 9 конструктивно залиті разом компаундом, що твердіє, з метою герметизації електричних кіл від проникнення вибухонебезпечної метано-повітряної суміші. 2 UA 91479 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Дублювання електричних кіл в схемі джерела живлення (фіг. 4) відбувається за рахунок паралельно включених транзисторів 31 і 32 та дублювання електропровідних доріжок АВ і CD додатковими провідниками. Індикаторний пристрій 2 з джерелом живлення 9 знаходяться у корпусі 34 (фіг. 5), що захищає їх від впливу пилу та вологи. Корпус 34 ущільнюється гумовими прокладками (на фіг. 5 не показані). З одного боку на торцевій частині корпуса 34 встановлено табло 35 цифрового індикатора 8, світлодіод 36 і кнопка 37 для переключення режимів роботи індикаторного пристрою 2, з іншого - з'єднувач (вилка) 38 для підключення до з'єднувача 16 термодатчика 1. При сполученні з'єднувачів автоматично включається електроживлення індикаторного пристрою 2 (фіг. 1). В неробочому положенні з'єднувачі 16 і 38 для унеможливлення потрапляння в них пилу та вологи закриті знімними заглушками 18 (фіг. 2) та 39 (фіг. 5). На бічній поверхні корпуса 34 встановлена скоба для кріплення індикаторного пристрою 2 на плечовому ремені респіратора (на фіг. не показана). Пристрій для контролю відпрацювання регенеративного патрона в складі дихального апарата 40 (фіг. 6) працює наступним чином. Перед застосуванням користувач знімає заглушки 18 і 39, з'єднує термодатчик 1 із індикаторним пристроєм 2 і проводить тестування пристрою для контролю відпрацювання регенеративного патрона. При наявності елемента живлення, справності електричних кіл тричі послідовно загоряється і згасає червоний світлодіод 36 і тричі лунає звуковий сигнал. Перед входом у непридатне для дихання середовище користувач надягає лицеву частину 41 дихального апарата 40, натискає механізм пускового пристрою 42 для подачі ініціюючої рідини до пускового брикету 43, який може бути встановлений за межами регенеративного патрона 44 (фіг. 6) або в регенеративному патроні (на фіг. 6 не показано). Під впливом рідини пусковий брикет 43 починає розкладатися, виділяючи нагрітий брикетний газ, що містить кисень і пари води, які при взаємодії з кисневмісною речовиною 45 регенеративного патрона 44 також починають генерувати кисень. Повітря з лицевої частини 41 при видиху по трубці 46 через клапан видиху 47 надходить в мішок видиху 48 і далі до кісневмісної речовини 45 патрона 44. У результаті екзотермічних реакцій відновлення видихуване повітря звільняється від діоксиду вуглецю. Проходячи між гранулами кисневмісної речовини 45 через обичайку 49 повітря надходить в зазор 50 і далі через фільтр 51 теплообмінника 52 до мішка вдиху 53, де резервується до настання фази вдиху. Встановлений на виході з регенеративного патрона 44 термодатчик 1 вимірює тепловий потік, електронна схема індикаторного пристрою 2 перетворює його на імпульсні сигнали, які поступають на мікропроцесор 7 (фіг. 1). При досягненні визначеної кількості імпульсів (1-2 хвилини після натискання механізму пускового пристрою 42) на табло 35 цифрового індикатора 8 загоряється позначка "ПУ", яка інформує користувача про те, що процес запуску регенеративного респіратора відбувся і можна приступати до роботи. Живлення всієї схеми індикаторного пристрою 2, включаючи цифровий індикатор 8 через вивід 25 його живлення, забезпечується за допомогою кола "+" - "-" (фіг. 3), у тому числі мікропроцесор 7 (на фіг. 3 не показаний) - через катод діода Шотки 23. При зникненні основного живлення від джерела живлення (кола "+" - "-"), живлення мікропроцесора 7 забезпечується за допомогою елементів 19 через стабілізатор напруги 20 та розділовий діод Шотки 21. При цьому живлення цифрового індикатора 8 зникає за рахунок зустрічно включеного катоду діоду Шотки 23. Іскрозахист забезпечується наступним чином. При досягненні критичних значень іскробезпечних параметрів струм, який проходив по колу від елементів живлення 26 (фіг. 4) через резистор 27 і польовий транзистор 30, створює на резисторі 27 падіння напруги, достатньої для відкривання транзисторів 31 та 32, що змінює потенціал на керувальному електроді (заслону) 54, його опір зростає і це обмежує величину електричного струму в електричному колі індикаторного пристрою 2. У процесі дихання в мікропроцесорі накопичуються імпульси і при досягненні визначеної їхньої кількості відбувається переключення цифрової індикації запасу кисню, що залишився, від 100 % до 0 % із кроком 5 % (дискретність відліку обрана виходячи з похибки вимірів). В індикаторі зі світловою індикацією в процесі відпрацювання регенеративного патрона відбувається переключення світлодіодів чи секторів кола. При досягненні певного ступеня відпрацювання регенеративного патрона (звичайно 75 %, але може бути задана і інша величина) вмикається переривчастий звуковий сигнал, який буде лунати, аж поки не буде розімкнуте електричне коло термодатчик - індикаторний пристрій, що підвищує безпеку користування. 3 UA 91479 U 5 Максимальна похибка пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона не перевищує 10 %, а при індивідуальній настройці значно менша. В складі респіратора ДАХ (розробка НДІГС "Респіратор") при випробуваннях на стенді-імітаторі дихання абсолютна похибка індикації не перевищувала 10 хвилин (відносна похибка - 8 %). Метод реєстрації теплових потоків, що лежить в основі пристрою, який вимірює ступінь відпрацювання регенеративного патрона, може знайти застосування і в інших галузях, особливо він ефективний при вимірюванні нестаціонарних швидкозмінних теплових потоків. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем, що містить термодатчик та джерело живлення для індикаторного пристрою, який складається з диференціального підсилювача, фільтра високої частоти, інтегратора, тригера Шмідта, мікропроцесора, що зв'язані між собою електричним колом, який відрізняється тим, що джерело живлення складається з одного або кількох електрично з'єднаних між собою акумуляторних елементів та плати іскрозахисних елементів з дублюванням додатковими провідниками та електронними елементами електричних кіл, що залиті разом компаундом, а мікропроцесор має автономний елемент живлення, який складається з одного або кількох електрично з'єднаних хімічних елементів. 4 UA 91479 U 5 UA 91479 U 6 UA 91479 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7