устройство для автоматического контроля метана и других горючих газов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МЕТАНА И ДРУГИХ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, содержащее термокаталитические датчики, подключенные к выходу блока питания, исполнительный блок и блок звуковой сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены блок вычисления мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блок постоянной памяти, блок энергонезависимой оперативной памяти, блок цифровой индикации, модулятор последовательного интерфейса, блок оптронной развязки входных и выходных цепей, мультиплексор, блок цифровой обработки информации частотных датчиков, генератор с программируемым делителем частоты, демультиплексор, частотные емкостные фильтры и дроссельные фильтры, при этом блок вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блок постоянной памяти, блок энергонезависимой оперативной памяти, блок цифровой индикации, модулятор последовательного интерфейса соединены между собой через общую шину, дроссельные фильтры подключены между блоком питания и термокаталитическими датчиками, выходы которых через блок оптронной развязки входных цепей подключены к мультиплексору, управляющие входы которого подключены к выходам первого порта блока вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, который подключен также к управляющим входам генератора с программируемым делителем частоты и демультиплексора, выходы которого через блок оптронной развязки выходных цепей подключены к частотным емкостным фильтрам, выходы которых соединены с входами питания термокаталитических датчиков, выход мультиплексора подключен к входу блока цифровой обработки информации частотных датчиков, который через общую шину подключен к блоку вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки, выходы второго порта блока вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки подключены к другим управляющим входам генератора с программируемым делителем частоты, а также к входам исполнительного блока и блока звуковой сигнализации, выход генератора с программируемым делителем частоты соединен с информационным входом демультиплексора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термокаталитический датчик выполнен в виде измерительного моста и содержит термогруппу, сетку пламегасителя, усилитель, выпрямительный мост, аналоговый стрелочный прибор, переменные и постоянные резисторы, преобразователь напряжения в частоту, блок питания, датчик, релейный блок управления диагностикой, компаратор предельной концентрации газа и блок звуковой сигнализации, при этом в одну диагональ измерительного моста включены первый переменный резистор и усилитель, выходы которого через первый постоянный резистор подключены к входу выпрямительного моста, выход последнего подключен через второй постоянный резистор к аналоговому стрелочному прибору, к входу преобразователя напряжения в частоту и на информационный вход компаратора, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом блока звуковой сигнализации, вход питания релейного блока управления диагностикой и блока питания датчика объединены и являются питающими входами термокаталитического датчика, выход блока питания датчика непосредственно и через переключающую группу первого реле релейного блока управления диагностикой подключены в другую диагональ измерительного моста, на которой подключены одни концы термогруппы, другие концы которой объединены и подключены к одному плечу одной из диагоналей измерительного моста и через последовательно соединенные третий постоянный резистор и замыкающий контакт второго реле релейного блока управления диагностикой - к одному плечу другой диагонали измерительного моста, к другому плечу которого через замыкающий контакт первого реле релейного блока управления диагностикой подключен четвертый постоянный регистр, причем термогруппы размещены внутри меньшей сетки пламегасителя, которая установлена в большей сетке пламегасителя.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модулятор последовательного интерфейса содержит программируемый приемопередатчик, D-триггер, асинхрогенератор, перепрограммируемое запоминающее устройство, регистр-защелку и цифроаналоговый преобразователь, при этом первый выход программируемого приемопередатчика подключен к D-входу D-триггера, на счетный вход которого подключен выход синхронизатора, выход D-триггера подключен к адресному входу перепрограммируемого запоминающего устройства, информационные входы которого объединены с входами цифроаналогового преобразователя и подключены к выходу регистра-защелки, а выходы - к входам регистра-защелки, синхронизирующий выход которого подключен к соответствующим входам перепрограммируемого запоминающего устройства и программируемого приемопередатчика, стробирующий вход регистра-защелки подключен к выходу синхронизатора, при этом входы программируемого приемопередатчика являются входами модулятора последовательно интерфейса, выходом которого является выход цифроаналогового преобразователя.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что релейный блок управления диагностикой содержит силовой трансформатор, приемники первой и второй частот, при этом одни концы обмоток реле объединены и подключены через выпрямительный диод к одному концу вторичной обмотки силового трансформатора, другие концы обмоток реле объединены и через разделительный конденсатор подключены к другому концу вторичной обмотки силового трансформатора, при этом между анодом выпрямительного диода и одной обкладкой разделительного конденсатора включен сглаживающий конденсатор, концы первичной обмотки силового трансформатора объединены с входами приемников первой и второй частот и являются питающими входами блока управления диагностикой, выходы приемников первой и второй частот соединены с другими концами обмоток реле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам контроля содержания горючих газов в рудничной атмосфере и нефтеперерабатывающей промышленности, основанным на термокаталитическом принципе действия, и может быть использовано при конструировании и эксплуатации систем автоматического измерения концентрации метана и газовой защиты, базирующихся на этом принципе.

Известно устройство, содержащее мост, в измерительную диагональ которого включен исполнительный блок, содержащий два усилителя - первого и второго уровня и реле времени [1] . На выходе первого усилителя установлен первый оптрон, на выходе реле времени - второй оптрон, который также связан с выходом второго усилителя. Выходной сигнал мостовой измерительной схемы поступает на вход телеметрического усилителя, выход которого по двум проводам подключен к показывающему прибору и аппарату сигнализации.

Однако указанное устройство имеет недостаточную точность, так как при изменении длины линии между аппаратом и датчиком сопротивление линии меняется, а также в местх контактов проводов, в результате показания прибора имеют значительную погрешность, для уменьшения которой ежедневно приходится производить балансировку "нуля" прибора, вручную подстраивая сопротивление линии. Отсутствует также автоматическая балансировка нуля и корректировка показаний прибора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство телеизмерения концентрации метана и автоматической газовой защиты, содержащее централизованный пульт приема информации и управления, промежуточные распределительные устройства и термокаталитические датчики, каждый из которых состоит из мостовой измерительной схемы с термокаталитическими преобразовательными элементами, блока питания, телеметрического усилителя, блока сигнализации и оповещения, задатчика режима работы, который состоит из блока снижения напряжения питания мостовой измерительной схемы, блока балансировки мостовой схемы при сниженном напряжении, блока проверки электрической и исполнительной схемы датчика, реле времени [2] .

Недостатком этого устройства является невысокая точность за счет измерения сопротивления линии между аппаратом и датчиком, в результате чего показывающий аналоговый прибор имеет некоторую погрешность и невысокую надежность за счет возможности выхода устройства из строя при аварийном замыкании входных и выходных цепей. Кроме того, в прототипе отсутствует автоматическая корректировка показания концентрации метана и связь с ЭВМ диспетчера, что ограничивает функциональные возможности устройства.

Целью изобретения является повышение точности, надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического контроля метана и других горючих газов, содержащее термокаталитические датчики, подключенные к выходу блока питания, исполнительный блок и блок звуковой сигнализации, введены блок вычисления мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки, блок постоянной памяти, блок энергонезависимой оперативной памяти, блок цифровой индикации, модулятор последовательного интерфейса, блоки оптронной развязки входных и выходных цепей, мультиплексор, блок цифровой обработки информации частотных датчиков, генератор с программируемым делителем частоты, демультиплексор, частотные емкостные фильтры и дроссельные фильтры, при этом блок вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блок постоянной памяти, блок энергонезависимой оперативной памяти, блок цифровой индикации, модулятор последовательного интерфейса соединены между собой через общую шину, дроссельные фильтры подключены между блоком питания и термокаталитическими датчиками, выходы которых через блок оптронной развязки входных цепей подключены к мультиплексору, управляющие входы которого подключены к выходам первого порта блока вычислений мгновенной интегральной концентраций газа и величины корректировки, который подключен к управляющим входам генератора с программируемым делителем частоты и демультиплексора, выхды которого через блок оптронной развязки выходных цепей подключены к частотным емкостным фильтрам, выходы которых соединены с входами блока питания термокаталитических датчиков, выход мультиплексора подключен к входу блока цифровой обработки информации частотных датчиков, который через общую шину подключен к блоку вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки, выходы второго порта блока вычислений мгновенной, интегральной концентрации газа и величины корректировки подключены к другим управляющим входам генератора с программируемым делителем частоты, а также к входам исполнительного блока и блока звуковой сигнализации, выход генератора с программируемым делителем частоты соединен с информационным входом демультиплексора.

Кроме того, целесообразно термокаталитический датчик выполнить в виде измерительного моста, в диагональ которого включен первый переменный резистор R_г, через замыкающий контакт второго реле релейного блока управления диагностикой параллельно плечу включен третий постоянный резистор R_m, а через замыкающий контакт первого реле релейного блока подключен четвертый постоянный резистор R_д, термогруппы, сетки пламегасителя, усилителя, выпрямительного моста, аналогового стрелочного прибора, второго токоограничивающего постоянного резистора, преобразователя напряжения в частоту, блок оптронной развязки входных (информационных) цепей выполнен на входных диодах, ключевых транзисторах, оптопарах, блок оптронной развязки выходных (управляющих) цепей - на инверторах, оптопарах и выходных транзисторах.

Целесообразно также модулятор последовательного интерфейса выполнить в виде универсального программируемого приемопередатчика, D-триггера, перепрограммируемого запоминающего устройства (ПЗУ), регистра-защелки, цифроаналогово преобразователя.

Целесообразно блок цифровой обработки информации частотных датчиков выполнить в виде пяти инверторов, трех элементов И, двух D-триггеров, программируемого таймера-счетчика, конденсатора С₁, а блок звуковой сигнализации выполняют на инверторе, транзисторе, выход инвертора подключить на вход базы транзистора, а в цепь эмиттера подключен генератор звуковой частоты, состоящий из двух транзисторов и динамической головки.

Целесообразно также в преобразователь напряжения в частоту ввести схему подавления помех, состоящую из двух диодов и конденсаторов, обратной связи через конденсатор и выходной трансформатор, релейный блок управления диагностикой выполняют в виде силового трансформатора, приемников первой и второй частоты, состоящих из двух броневых трансформаторов и конденсаторов.

На фиг. 1 дана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема термокаталитического датчика; на фиг. 3 - принципиальная схема преобразователя напряжения в частоту; на фиг. 4 - релейный блок управления диагностикой; на фиг. 5 - принципиальная схема блока звуковой сигнализации; на фиг. 6 - блок оптронной развязки входных (информационных) цепей; на фиг. 7 - блок оптронной развязки выходных (управляющих) цепей; на фиг. 8 - принципиальная схема модулятора последовательного интерфейса; на фиг. 9 - блок цифровой обработки информации частотных датчиков; на фиг. 10 - схема алгоритма работы блока вычислений.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 вычислений мгновенной концентрации газа, представительной (интегральной) концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блок 2 постоянной памяти (ПЗУ), блок 3 энергонезависимой оперативной памяти (ЭOЗУ), блок 4 цифровой индикации, модулятор 5 последовательного интерфейса, которые соединены между собой через общую шину, датчики 6.1 - 6.8, блок 7 оптронной развязки входных цепей, входы которого подключены к выходам датчиков 6.1 - 6.8, мультиплексор 8, в качестве которого как пример реализации используется микросхема К561КП2, входы которого подключены к выходам блока 7, блок 9 цифровой обработки информации частотных датчиков, вход которого подключен к выходу мультиплексора 8, а информационные выходы блока 9 через общую шину подключены к блоку 1 вычислений, управляющие входы мультиплексора 8 подключены к выходам порта Р1 блока вычислений 1, генератор 10 частоты с программируемым делителем частоты (в качестве делителя как пример реализации используется программируемый счетчик-таймер типа КР580ВИ53, демультиплексор 11 (используется К561КП2), вход которого соединен с выходом генератора 10, управляющие входы которого подключены к выходам портов Р1 и Р2 блока 1 вычислений, управляющие входы демультиплексора 11 соединены с выходами порта Р1, выходы демультиплексора 11 соединены с входами блока 12 оптронной развязки выходных цепей, частотные емкостные фильтры 13.1-13.8, входы которых подключены к выходам блока 12, а выходы по сети питания датчиков подключены к входам соответствующих датчиков 6.1-6.8, блок 14 питания, исполнительный блок 15, блок 16 звуковой сигнализации, дроссельные фильтры 17, через которые выход блока 14 питания напряжением 52 В подключен к входам датчиков 6.1 - 6.8, выходы 12 В и 5 В служат для питания схем устройства.

Термокаталитический датчик 6n (фиг. 2) содержит измерительный мост А, в диагональ которого включен первый переменный резистор R_г, параллельно плечам моста через замыкающий контакт второго реле релейного блока 25 включен третий постоянный резистор R_п, а через замыкающий контакт первого реле релейного блока 25 - четвертый постоянный резистор R_д, термогруппу 18, сетки пламегасителя 19, усилитель 20, включенный в диагональ моста А, выход которого через первый постоянный резистор R 9 подключен к входу выпрямительного моста 21 аналоговый стрелочный прибор 22, второй токоограничивающий постоянный резистор R 10, преобразователь 23 напряжения в частоту, выход моста 21 подключен через второй постоянный резистор к стрелочному прибору 22 и на вход преобразователя 23, блок 24 питания схемы датчика, релейный блок 25 управления диагностикой, компаратор 26 предельной концентрации газа, блок 27 звуковой сигнализации. На вход блока 24 питания через дроссельные фильтры подключена сеть питания напряжением 52 В, первый выход блока 24 через переключающую группу первого реле блока 25 подключен к измерительному мосту А, второй выход - к мосту А через замыкающий контакт переключающей группы первого реле блока 25, третий выход - на второй вход измерительного моста А. Эта же сеть подключена к входам релейного блока 25 управления диагностикой. Первый вход компаратора 26 соединен с выходом выпрямительного моста 21, а на второй вход подключено опорное напряжение U_оп, выход компаратора подключен к входу блока 27 звуковой сигнализации.

Преобразователь 23 напряжения в частоту (фиг. 3) состоит из преобразователя 28 напряжения в частоту типа КР1108ПП1 и выходного трансформатора Тр1, на вход вторичной обмотки которого подключена линия постоянного напряжения Ucd.

Релейный блок 25 управления диагностикой (фиг. 4) состоит из силового трансформатора (Тр2) 29, приемника 30 первой частоты f₁, приемника 31 второй частоты f_2, которые состоят из транзисторов 32 и 33 соответственно, в цепи коллекторов которых включены реле (К1 и К2) 34, подключенные на выходы вторичных обмоток высокочастотных трансформаторов Тр3 и Тр4, входы первичных обмоток которых подключены к выходам высокочастотных фильтров 35 и 36, входы которых подключены к линиям сети. В цепи вторичной обмотки силового трансформатора 29 включены выпрямительный диод VD1, сглаживающий конденсатор С5 и разделительный конденсатор С6.

Блоки 16 и 27 звуковой сигнализации (фиг. 5) состоят из инвертора 37, выход которого подключен к базе транзистора 38, эммитер которого подключен на вход генератора звуковой частоты, состоящего из транзисторов 39 и 40 и динамической головки Т 41.

Блок 7 оптронной развязки входных (информационных) цепей (фиг. 6) состоит из входных диодов D1-D8, ключевых транзисторов 42.1-42.8, оптопар 43.1-43.8.

Блок 12 оптронной развязки выходных (управляющих) цепей (фиг. 7) состоит из инвертора 44.1-44.8, оптопар 45.1-45.8, выходных транзисторов 46.1-46.8.

Модулятор 5 последовательного интерфейса (фиг. 8) состоит из универсального программируемого приемопередатчика 47, в качестве которого может быть использована БИС КР580ВВ51, D-триггера 48, перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) 49, регистра-защелки 50, ЦАП 51. Выход ТхD приемопередатчика включен на D-вход D-триггера 48, на счетный C-вход подключен выход синхрогенератора Гс (не показан), выход D-триггера подключен на адресный вход А10 ППЗУ 49, информационные выходы ДО - Д7 ППЗУ подключен на вход регистра-защелки 50, выходы с первого по седьмой которого подключены на вход ЦАП 51 и на адресные входы ППЗУ 49, выход 8 регистра-защелки 50 подключен на адресный вход А7 ППЗУ 49 и на синхронизирующие входы ТхС и RхС приемопередатчика 47, стробирующий вход СТР регистра-защелки подключен к выходу синхрогенератора, входы приемопередатчика подключены к общей шине блока вычислений.

Блок 9 цифровой обработки информации частотных датчиков (фиг. 9) состоит из инвертора 52, элементов И 53 и 54, D-триггеров 55 и 56, инверторов 57 и 58, программируемого счетчика-таймера 59, в качестве которого используется БИС КР580ВИ53, инвертора 60, элемента И 61, инвертора 62, резисторов R1 , R2 и конденсатора С1.

Устройство работает следующим образом.

При включении наряжения питания устройства блок 1 вычислений начинает работать по программе, хранящейся в блоке 2 постоянной памяти, алгоритм работы блока 1 представлен на фиг. 10.

Блок вычислений согласно алгоритму (фиг. 10) работает в двух режимах: измерение концентрации газа и диагностика датчика.

При работе устройства в режиме измерения концентрации газа с датчиков 6.1 - 6.8 на вход блока 7 оптронной развязки входных цепей поступают частотные сигналы, которые блок 1 поочередно обрабатывает. Согласно алгоритму работы блок 1 выставляет через порт Р1 (три бита) номер опрашиваемого датчика (с 0 по 7) в двоичной системе счисления и бит разрешения работы мультиплексора 8. Таким образом мультиплексор 8, активизируясь, пропускает на вход блока 9 цифровой обработки информации частотных датчиков сигнал датчика, соответствующий заданному номеру. По окончании обработки информации частотных сигналов, т. е. преобразования частоты в цифровой код, блок 1 вычислений через шину данных считывает цифровую информацию, фактическая величина которой пропорциональна концентрации газа в атмосфере. Умножая на коэффициент пропорциональности, блок 1 получает мгновенный фактический процент концентрации газа, величина которой выводится на цифровую индикацию блока 4. Для контроля качества вентиляции используется представительная (интегральная) концентрация _j для этого задается допустимый для определенного случая процент концентрации вычисляя в каждом цикле опроса датчиков мгновенную концентрацию газа _мгн, определяют величину расхождения между допустимой и мгновенной концентрациями газа.

_i= - (1) при превышении мгновенной концентрации над допустимым значением величина _j - положительная, в противном случае-отрицательная. Представительная (интегральная) концентрация _j равна сумме величин _i. = _i+ (2)

Величина _j, стремящаяся к нулю, показывает на удовлетворительную работу вентиляции в течение заданного времени, при _j > 0 - неудовлетворительная работа вентиляции и при _j< 0 - отличная работа вентиляции. Величина представительной концентрации выводится на индикацию в блок 4, значения мгновенной и представительной концентраций газа через модулятор 5 последовательного интерфейса передаются в память центральной ЭВМ диспетчера.

При превышении мгновенной концентрации газа над максимально допустимой концентрацией <sub>max

мгн</sub> > _max (3) блок 1 вычислений выдает через порт Р2 команду на вход исполнительного блока 15 на отключение электрооборудования и одновременно команду на вход блока 16 звуковой сигнализации и через модулятор 5 по телефонным проводам в центральную ЭВМ диспетчера.

Работа устройства в режиме диагностики.

По истечении заданного программного времени блок 1 вычислений переходит в режим диагностики. В данном режиме блок 1 вычислений подключается к одному из датчиков (поочередно) 6.1-6.8 для передачи в релейный блок 25 управления диагностикой управляющего сигнала определенной для выбранного датчика и вида диагностики частоты, для этого блок 1 через порт Р1 выставляет номер выбранного канала, который поступет на генератор 10 с программируемым коэффициентом деления частоты, адресные входы демультиплексора 11 и вход активизации работы демультиплексора 11, через порт Р2 на два входа генератора 10 поступает номер вида диагностики, в результате таких действий сигнал частотой, соответствующей заданному датчику и виду диагностики, с генератора 10 через демультиплексор 11, блок 12 оптронной развязки выходной информации, соответствующий частотный фильтр 13. n по линии питания датчика переменным напряжением поступет на релейный блок 25 (фиг. 2) управления диагностикой. В данном режиме работа блока 1 вычислений осуществляется по левой ветви блок схемы алгоритма фиг. 10. Фильтры 17 установлены для ликвидации частотных помех в сетевую линию.

Датчик 6.1 - 6.8 работает следующим образом.

Датчик работает в двух режимах: в режиме измерения концентрации газа и режиме диагностики.

В режиме измерения с блока 24 питания на измерительный мост А поступает через нормально замкнутый контакт переключающей группы первого реле блока 25 напряжение 2,2 В, анализируемый воздух поступает в камеру сгорания, где расположена термогруппа 18, за счет диффузии и конвекции. Камера закрыта двумя сетчатыми колпаками-пламегасителями 19, в камере термогруппа 18 состоит из рабочего элемента R_p и сравнительного элемента R_ср. , сравнительный преобразовательный элемент R_cр включен в схему измерительного моста для компенсации влияния окружающей среды (температуры, влаги и т. д. ). Горение газа на нем не происходит. Первоначальное уравновешивание моста (при отсутствии метана) производится с помощью переменного сопротивления R_н. При наличии в атмосфере газа тепло, выделившееся при сгорании газа - метана, приводит к нарушению равновесия мостовой схемы. Выходной сигнал мостовой измерительной схемы поступает на вход усилителя 20, далее усиленный сигнал выпрямляется через диодный мост 21 и поступает на прибор 22, первый вход компаратора 26 и вход преобразователя 23 напряжения в частоту, где напряжение преобразуется в частоту, величина которой пропорциональна содержанию концентрации газа в атмосфере, и частотный сигнал поступает по витой паре или коаксиальному кабелю на вход блока 7 оптронной развязки входных цепей.

При превышении концентрации газа выше максимально допустимой срабатывает компаратор 26 и включает звуковую сигнализацию блока 27.

Работа датчика 6 в режиме диагностики.

В режиме диагностики контроль работоспособности датчика проводится с использованием газа (метана и т. д. ), содержащегося в атмосфере. В этом режиме в релейный блок 25 управления диагностикой поступает по сетевой линии управляющий сигнал определенной частоты, заданный блоком 1 вычислений согласно алгоритму работу (фиг. 10).

Релейный блок 25 управления диагностикой через переключающую группу первого реле блока 25 подает на вход измерительного моста пониженное напряжение питания до 1,3 В, одновременно замыкает замыкающий контакт реле блока 25, которым подключает четвертый постоянный резистор R_д в одно из плеч моста. Таким образом осуществляется балансировка мостовой схемы на сниженном напряжении питания. Наличие сигнала на выходе датчика при этом свидетельствует об отклонении положения мостовой измерительной схемы от нулевого и необходимости его коррекции, которая производится автоматически блоком 1 вычислений согласно алгоритму (фиг. 10). По истечении заданного по программе времени схема переключается в нормальное рабочее состояние. Далее по программе блок 1 вычислений передает в релейный блок 25 управления диагностикой сигнал для проведения проверки уставки срабатывания, данная проверка осуществляется за счет включения третьего постоянного резистора R_п замыкающим контактом второго реле блока 25 в плечо измерительного моста, в результате осуществляется калиброванный разбаланс моста. На выходе выпрямительного моста 21 в этот момент будет напряжение выше допустимого, в результате срабатывает компаратор 26 и включается звуковая сигнализация блока 27. Блок вычислений в это время работает согласно алгоритму (фиг. 10). За время проверки разбаланса нуля мостовой схемы при пониженном напряжении ввиду отсутствия окисления метана на термокаталитических элементах происходит выравнивание концентрации метана в атмосфере и камере сгорания. При скачкообразном восстановлении напряжения питания измерительного моста до 2,2 В происходит переходной процесс, обусловленный выгоранием метана в камере сгорания от величины, равной фактической концентрации метана в атмосфере, до некоторого установившегося значения с соответствующим изменением выходного сигнала датчика. Эта величина записывается в энергонезависимое ОЗУ и используется далее для дополнительной коррекции погрешности показания датчика блоком 1 вычислений в автоматическом режиме.

Преобразователь напряжения в частоту (фиг. 3) построен на базе серийного преобразователя типа КР1108ПП1. При поступлении на вход постоянного напряжения на выходе появляются импульсы, частота которых пропорциональна входному напряжению, переменное напряжение высокой частоты поступает на трансформатор, выполненный в броневом сердечнике, и с вторичной обмотки частотный сигнал по витой паре или коаксиальному кабелю поступает на вход блока 7 оптронной развязки входных цепей.

Релейный блок 25 управления диагностикой (фиг. 4) работает следующим образом.

По линиям сетевого питания датчиков частотный сигнал с заданной блоком 1 вычислений частотой, соответствующей номеру датчика и виду диагностики, поступает на входные частотные фильтры 35 и 36, сигнал из сети поступает на вход того из приемников 30 или 31, частота фильтра которого соответствует заданной частоте, в результате срабатывают выходные транзисторы (VТ1, VТ2 или VТ3), которые включают одно из реле К1 и К2, питающееся выпрямленным через диод VD1 напряжением с вторичной обмотки силового трансформатора Тр2. Контакты реле производят соответствующие виду диагностики переключения в схеме датчика 6. n.

Блок 16 (27) звуковой сигнализации работает следующим образом.

Сигнал низкого уровня с выхода компаратора 26 поступает на вход инвертора 37, выходной сигнал высокого уровня с которого поступает на вход базы транзистора 38, который открывается и включает напряжение питания U_п генератора звуковой частоты, построенного на транзисторах 39 и 40 и динамической головке 41.

Блок 7 оптронной развязки входных (информационных) цепей (фиг. 6) работает следующим образом.

Когда на вход блока поступает высокий уровень частотного сигнала диод VD1 (VD2-VD8) заперт, положительное напряжение U_сd поступает на вход базы транзистора 42.1 (42.2-42.8) и запирает его, в результате через излучатель оптопары 43.1 (43.2-43.8) проходит ток по цепи U_сd, излучатель, стабилитрон VD9 (VD10-VD16), токоограничивающий резистор R 25, резистор R 17, общий провод, излучатель открывает фототранзистор и на выходе блока появляется низкий уровень сигнала. При появлении на входе блока сигнала низкого уровня диод VD1 (VD2 - VD8) отпирается, открывая транзистор 42.1 (42.2 - 42.8) и напряжекние U_сd запирает фотоизлучатель оптопары, фототранзистор оптопары закрывается и на выходе блока появляется сигнал высокого уровня. Таким образом на выходе блока появляется инвертированный сигнал той же частоты, что и на входе.

Блок 12 оптронной развязки выходных (управляющих) цепей (фиг. 7) работает следующим образом.

При поступлении на вход инвертора 44.1 (44.2-44.8) сигнала высокого уровня низкий сигнал на выходе инвертора отпирает излучатель оптопары 45.1 (45.2-45.8), который открывает фототранзистор оптопары, в результате чего открывается транзистор 46.1 (46.2-46.8) и на выходе блока появляется высокий уровень сигнала. При появлении на входе блока сигнала низкого уровня фототранзистор запирается и запирается выходной транзистор 46.1 (46.2-46.8), таким образом на выходе блока 12 также появляется низкий уровень сигнала.

Модулятор 5 последовательного интерфейса (фиг. 8) работает следующим образом.

По шине данных на вход приемопередатчика 47 поступает информация в параллельном виде, которая преобразуется в последовательность 1 и 0, с выхода передатчика 47 последовательность единиц и нулей поступает на D вход D-триггера, а на счетный С-вход поступает частота синхронизации F_х, в результате чего на выходе триггера синхронно с работой регистра-защелки 50 будет также последовательность 1 и 0. Модулятор состоит из ППЗУ 49 и синхронного регистра-защелки 50. В режиме передачи вместе с преобразователем из цифровой формы в аналоговую ЦАП 51 модулятор 5 становится генератором фазовых незатухающих гармонических волн.

Рассмотрим случай, когда переданные данные находятся непрерывно в одном состоянии, так что формируется устойчивый тональный сигнал. Каждый вход в ППЗУ 49 представляет собой уровень выборки, поступающей на выход цифроаналогового преобразователя, для того чтобы повторить гармоническую волну на данной частоте. Это число применяется как адрес в ПЗУ следующего ввода. Неиспользованные адреса заполняются копиями последнего достоверного ввода в адресную последовательность. Поэтому если защелка срабатывает с произвольно выбранного числа, она соответствует последовательности в пределах такта.

Поскольку одни и те же величины появятся в обоих полуциклах - возрастающем и убывающем, необходимо старший бит, представляющий полярность полуцикла завести на адресный вход А7. Важно также, чтобы каждая выборка имела разную величину, в противном случае модулятор не работает. На практике это требует удаления одной выборки из формы гармонических волн в пиковых значениях цикла, которая легко восстанавливается затем с помощью резистивно-емкостного RC-фильтра. Когда поток данных меняется до другого состояния с помощью D-триггера он переключает адрес ПЗУ в секцию, содержащую соответствующую диаграмму направленности гармонических колебаний для тонального сигнала другой частоты. Начальная точка этой диаграммы - это уровень напряжения и полярность полуцикла, на которой был прерван первый тональный сигнал, поэтому любая прерывность ограничена разницей между двумя ближайшими выборками в новой последовательности тональных сигналов. Например, применение синхронизирующей частоты f_c = 153,6 кГц, дает возможность тональным сигналам частотой 1300 и 2100 Гц воспроизводиться с 7-битовой точностью с допуском по частоте 4 Гц.

Блок 9 цифровой обработки информации частотных датчиков (фиг. 9) работает следующим образом.

Блок 9 построен на одном канале счетчика-таймера 59 (КР580ВИ53) и основан на прямом счете периодов эталонной частоты за период измеряемой частоты импульса. Данный канал таймера программируется в режиме II и запускается в работу сигналом с прямого выхода D-триггера 55, который подается на управляющий вход второго канала, разрешая счет импульсов эталонной частоты. По окончании импульса измерения от переднего фронта инверсного выхода D-триггера 55 вырабатывается импульс на прерывание INT. Блок 1 вычислений по прерыванию считывает код счетчика и вычисляется измеряемая частота

F_х = F_x= , (4) где F_х - измеряемая частота;

N_э - период эталонной частоты;

F_э - эталонная частота.

Для синхронизации сигнала запуска с частотой импульсов входного сигнала служит D-триггер 56 и схема логики, выполненная на элементах 52-54, 57, 58, 60-62. Триггер 56 запускается передним фронтом управляющего сигнала СУ, выработанного блоком 1 вычислений.

Данное изобретение позволяет повысить точность, надежность и расширить функциональные возможности устройства за счет ведения в устройство блока вычисления мгновенной и представительной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блока постоянной памяти (ПЗУ), блока энергонезависимой памяти (ОЭЗУ), блока цифровой обработки информации частотных датчиков, модулятора последовательного интерфейса, блоков оптронной развязки входных и выходных цепей, генератора с программируемым делителем частоты, мультиплексора и демультиплексора, за счет введения в схему датчика преобразователя напряжения в частоту и введения передачи информации частотным сигналом, за счет введения нового алгоритма работы устройства, позволяющего вести автоматическую диагностическую проверку работоспособности датчикаи автоматическую корректировку погрешности показаний концентрации газа, также позволяет одним устройством контролировать содержание газа в восьми точках одновременно.