專利名稱:熱催化袖珍數字式沼氣測定儀的制作方法
本實用新型是用于檢測煤礦井下沼氣濃度的安全儀表。
自80年代開始，國內外煤礦用便攜式沼氣檢測儀表正在向小型化、數字化和多功能方向迅速發展，國外煤炭工業發達國家已經從傳統的光學瓦斯檢測儀表向熱催化式瓦斯檢測儀表過渡，像英國的西格爾公司、美國的國民服務公司、日本瓦斯技術株式會社等。目前，我國煤礦仍然以傳統的光學瓦斯測定器為主要檢測手段，而這種光學瓦斯測定器突出的弱點是受環境因素影響大，讀數不便，同時較笨重。由于煤礦井下地質構造而帶來環境條件的復雜性，井下作業的惡劣性，給生產及工人的人身安全都帶來危害。
本實用新型的目的是研制適合我國煤礦井下實際情況的，性能好、穩定、可靠，同時便于安全檢查部門人員隨身攜帶，堅固耐用、體積小、重量輕、而且操作簡單、使用維修方便的熱催化袖珍數字式沼氣檢測儀表。
一、本實用新型基本技術指標的確定我國煤礦保安規程對煤礦井下不同地點的沼氣允許濃度分別規定為0.75％CH4、1％CH4和1.5％CH4，實際上沼氣的爆炸下限為5％CH4，兩者間尚存有較大的安全系數，由于世界上各國煤礦通風管理水平和瓦斯檢測水平不同，故煤礦沼氣允許濃度也有一定差異，根據我國煤礦沼氣管理的規定，本實用新型選用0～5％CH4的沼氣測定范圍，可以滿足煤礦的一般要求。
基本技術指標
測量范圍0～5％甲烷測量誤差0～2％甲烷；誤差小于±0.1％甲烷2～5％甲烷；誤差小于±0.2％甲烷分辨率0.1％甲烷反應時間小于15秒零點穩定性月漂移不大于0.1％甲烷測量穩定性月漂移不大于0.2％甲烷電 源安全火花型鎘鎳蓄電池組0.5安時，1.25伏4節工作電流180毫安檢測時間40秒電池組一次充電檢測次數大于200次防爆標志安全火花型兼隔爆型催化元件使用壽命大于30萬次傳感器氣室結構限制擴散型體積尺寸111×63×25毫米2重 量230克二、本實用新型整機結構由于煤礦井下巷道斷面狹小、光線不足、潮濕、空氣中含有易燃有毒氣體，因此，本實用新型必須要滿足以下幾個條件1.體積小、重量輕、堅固耐用、防潮防震并便于攜帶；2.操作簡單、維修方便；3.能保證一個作業班的正常使用，并留有余地；4.符合電氣防爆規程安全火花型兼隔爆型的要求。
圖1為熱催化袖珍數字沼氣測定儀結構示意圖。
圖中1機殼，2發光數碼管顯示窗，3百葉窗，4前銘牌，5線路板及元件，6提手座，7后銘牌，8傳感器，9開關，10整機緊固螺釘，11充電接頭，12電池組。
本實用新型的體積尺寸111×63×25毫米，重量230克，使用人員攜帶時，就方便地放入上衣口袋里。
主要特點(一)采用0.5英吋發光數碼管顯示窗，在井下使用過程中不借助其它光源，而可以非常清晰地觀察其測定值。
(二)在機型結構上，采用了隱蔽式外形結構(圖2)，即百葉窗式結構，改變其它測定儀傳感器外露的缺陷，將傳感器安置在百葉窗式結構里，在百葉窗式結構的氣室腔中設有橡膠減震裝置，有幾個優點(1)與整機內部其它部份隔離；(2)百葉窗式結構能保證氣體順利進入氣室腔，同時又有防異物侵入的作用；(3)增加了整機的美觀和可靠性。
(三)整機電源的充電結構，采用直插式充電結構，其充電接頭如圖1中11所示。這種充電結構特別簡單，同時新穎，可靠。任何人只要將整機直接插入專用充電器中，即可自行進行充電。
三、本實用新型傳感器氣室結構圖3為熱催化袖珍數字式沼氣測定儀的傳感器氣室結構。采用了特殊的體積小的專用限制擴散式傳感器氣室結構，它由圖3中的13粉末冶金罩，14活性材料，15傳感元件帽，16熱催化元件，17傳感元件架，18環氧樹脂等組成。
氣室結構的變化對于由熱催化元件組成的測量電橋的輸出特性影響極大，當熱催化元件自身改進已無明顯成效時，通過氣室結構的變化，卻能獲得改善元件電橋輸出線性、穩定性、縮短熱平衡時間，提高元件工作壽命，防止中毒，抗激活性能等效果。
通常把氣室內外不同氣體擴散交換時沒有遇到專門阻擋限制稱為充分擴散(相對而言)，而把氣室內外擴散交換氣體遇到限制稱為限制擴散，兩種情況如圖4、圖5所示，箭頭表示內外氣體交換方向。在圖4中，充分擴散時，氣體供應充分，元件加熱燃燒，沼氣發熱量大，溫升較高，電橋輸出訊號大，但溫度變化梯度較大，線性較差，元件老化快，壽命較短，穩定性差。而圖5中，限制擴散時氣體供應受阻，沼氣燃燒熱量小，溫升較低，故溫度梯度小，線性較好，同時熱催化元件老化慢，穩定性好，可大大延長熱催化元件壽命。
這種限制擴散式傳感器結構，在體積上緊湊、小巧。實現了沼氣測定儀的小型化。這種結構，除與前面充分擴散結構的對比中所具有的優點外，還能降低熱催化元件的起動沖值和回零時間，明顯地降低風速等因素的影響，同時在內部還安裝了活性材料，對影響熱催化元件中毒的硫化氫氣體起到了抑制作用。
四、本實用新型電路原理圖6為熱催化袖珍數字式沼氣測定儀的電路原理。電路的各個部份如圖6中虛線方框所示。它主要由19電源，20穩壓回路，21熱催化電橋，22放大回路，23數字轉換及顯示部份，24欠壓指示回路等組成。
本實用新型在電路上采用集成化程度高，外部分立元件少的整機電路。
在圖6中，19電源采用4節1.25伏的鎘鎳蓄電池組串接組成(其中為保證電源成為安全火花型，在里串接一只限流電阻)，整機使用過程中為防止電源回路短路造成危險，在充電回路中，裝設二極管D1，因此，在正向充電中，D1導通，正常工作。而反向充電，或電源短路，則D1截止，起阻流作用。20穩壓回路由集成運算放大器DG358構成，它在電源電壓4.3伏至5.5伏區間變化時，提供給熱催化電橋誤差不超過5毫伏的穩定工作電壓。21熱催化電橋由一對載體催化元件、金屬膜電阻和電位計組成的橋路，當甲烷進入傳感器氣室后，其橋路將按與甲烷濃度成一定線性比例的輸出值送入放大回路。22放大回路也用集成運算放大器DG358構成，當熱催化電橋送來模擬信號后，進行放大，然后將放大后的模擬信號再通過W2的活動端和電阻15送入模擬數字轉換和顯示部份。23數字轉換及顯示部份，由15個電子器件組成，其中3162、3161作為核心部份，完成模－數轉換并以四組BCD碼輸出。3162具有雙積分式的模－數轉換方式，同時有內部超穩定的能帶隙式電壓基準，差動輸入，內部定時；控制功能可以顯示三種狀態高速、低速、保持；過量程指示，它和3161共同組成使用外部元件最少的三位數字讀出系統。W3電位計作為數字系統調零，C1是積分電容，C2用于電源濾波，BG2、BG3二只晶體管提供顯示器件的工作電壓電流，發光數碼管為共陽極的BS206數碼管。當放大回路送入一模擬信號后由3162將模擬信號轉變為相應的數字信號，并以BCD碼方式送入3161譯碼／驅動器后，直接由顯示器件顯示出與模擬信號相對應的數字值。24欠壓指示回路由電阻18、19、20、及BG4晶體管組成，當電源電壓在4.3伏至5.5伏區間時電阻19與20給BG4提供一基極電流使晶體管BG4處于導通狀態，數碼管小數點導通點亮；當電源電壓下降至4.3伏以下時，電阻19、20提供的基極電流不足以使BG4導通時，BG4晶體管處于截止狀態。數碼管小數點通路關斷，小數點不亮，此時表示整機電源不足，將給沼氣測定儀正常工作帶來影響，故需進行充電以補充能量。
權利要求
1.本實用新型是一種熱催化袖珍數字式沼氣測定儀，它由機殼、發光數碼管顯示窗、百葉窗、前銘牌、線路板及元件、提手座、后銘牌、傳感器、開關、整機緊固螺釘、充電接頭、電池組所構成，其特征是在機型結構上采用隱蔽式外形結構，即百葉窗式結構，在百葉窗式結構的氣室腔中設有橡膠減震裝置，傳感器氣室結構采用限制擴散式傳感器氣室結構，它由粉末冶金罩、活性材料、傳感元件帽、傳感元件架、熱催化元件、環氧樹脂等組成。電路部份主要由電源、穩壓回路、熱催化電橋、放大回路、數字轉換及顯示部份、欠壓指示回路等組成。
2.根據權利要求
1所述的一種熱催化袖珍數字式沼氣測定儀，其特征是整機電源充電結構采用直插式結構。
3.根據權利要求
1所述的一種熱催化袖珍數字式沼氣測定儀，其特征是在充電回路中裝設二極管；穩壓回路和放大回路用同一集成運算放大器DG358構成；熱催化電橋由一對載體催化元件、金屬膜電阻和電位計組成；欠壓指示回路由電阻及晶體管組成。
4.根據權利要求
1所述的一種熱催化袖珍數字式沼氣測定儀，其特征是在整機結構中采用0.5英吋發光數碼管顯示窗。
專利摘要
本實用新型用于檢測煤礦井下沼氣濃度的安全 儀表。外形結構為隱蔽式，即百葉窗式；傳感器氣室 結構為限制擴散式；采用集成化程度高的整機電路； 整機電源的充電結構采用直插式充電結構。該沼氣 測定儀的優點體積小、重量輕、堅固耐用、防潮防 震、便于攜帶。操作簡單、維修方便。能保證一個作 業班正常使用，并留有余地。符合電氣防爆規程安全 火花兼隔爆型的要求。
文檔編號G01N27/00GK86209871SQ86209871
公開日1988年2月24日 申請日期1986年12月3日
發明者谷守碌, 李世煒, 謝伯益, 許陽, 付小渝 申請人:煤炭工業部煤炭科學研究院重慶研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan