專利名稱：礦燈式瓦斯報(bào)警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的礦燈式瓦斯報(bào)警器是對(duì)以閃爍方式報(bào)警的瓦斯報(bào)警裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
礦燈是井下作業(yè)礦工必備之物，所以采用礦燈閃爍方式報(bào)警的瓦斯報(bào)警裝置較之諸如聲、光等類報(bào)警裝置意義更大。但目前國(guó)內(nèi)外研制的這類產(chǎn)品均存在一些缺陷。如國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有的電路中采用了控制繼電器，其動(dòng)作時(shí)有火花產(chǎn)生，不符合井下防爆要求。這類產(chǎn)品還普遍存在著工作不可靠、常常發(fā)生誤報(bào)警的缺陷，主要原因是氣敏傳感器所用催化氣敏頭結(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致氣敏頭動(dòng)態(tài)工作性能差而大大降低了這類產(chǎn)品的使用價(jià)值以致根本無(wú)法應(yīng)用。公知的氣敏頭一般是將催化元件(黑元件)和補(bǔ)償元件(白元件)共同封裝一個(gè)氣室中結(jié)構(gòu)，而因二元件是在高溫(一般約900℃)狀態(tài)下工作的，且礦工配戴礦燈操作使氣敏頭處于隨機(jī)性空間位移的工作狀態(tài)實(shí)施探測(cè)，極易造成封裝黑、白元件的氣室內(nèi)產(chǎn)生空氣對(duì)流，氣室內(nèi)熱動(dòng)力的影響將使黑、白元件各自正常工作溫度場(chǎng)變化而導(dǎo)致產(chǎn)生誤信號(hào)報(bào)警。這種由于氣敏氣室內(nèi)熱動(dòng)力影響而產(chǎn)生誤信號(hào)(非可燃性氣體濃度超限產(chǎn)生的輸出信號(hào))報(bào)警是礦燈閃爍式瓦斯報(bào)警器不能普及應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的主要因素。再如，法國(guó)生產(chǎn)的礦燈式瓦斯報(bào)警器其控制電路功耗太大，其正常工作電流達(dá)465～500mA，難以與我國(guó)目前井下使用的礦燈蓄電池配套使用。
本實(shí)用新型之目的在于為克服上述公知技術(shù)中存在的缺陷，提高報(bào)警器的工作性能及使用價(jià)值，而提供一種新型的礦燈式瓦斯報(bào)警器。
為達(dá)到上述目的而采用的技術(shù)方案為這種將報(bào)警器殼體固結(jié)在礦燈上而組成的采用礦燈閃爍報(bào)警方式的礦燈式瓦斯報(bào)警器，其特征在于，該報(bào)警器還具有如下電路單元a.礦燈及其供電電源之間具有無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路；b.用具有將黑、白元件即分別封裝于各自獨(dú)立的小腔室、兩小腔室又同封裝于一個(gè)氣室結(jié)構(gòu)特性的氣敏頭作為探測(cè)元件而構(gòu)成的檢測(cè)電橋；其工作電流由由C電源經(jīng)由檢測(cè)橋穩(wěn)流電路、和電源經(jīng)由無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路二路共同保持供給；d.具有接收、處理檢測(cè)電橋輸出的瓦斯報(bào)警信號(hào)，輸出調(diào)制信號(hào)，控制無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路開關(guān)工作狀態(tài)的開關(guān)控制電路。另外開關(guān)控制電路中還設(shè)置有抗干擾電路。
按上述方案制作的瓦斯報(bào)警器具有如下優(yōu)點(diǎn)。因檢測(cè)電橋采用了新型黑、白元件封裝結(jié)構(gòu)的氣敏頭作為探測(cè)元件，可避免因礦燈隨機(jī)性位移產(chǎn)生的熱動(dòng)力影響而導(dǎo)致誤信號(hào)報(bào)警，從而大大提高了報(bào)警器的工作可靠性和穩(wěn)定性。電路中設(shè)置有抗干擾電路可進(jìn)一步提高報(bào)警器工作穩(wěn)定性能。而選用無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路工作時(shí)無(wú)火花，滿足防爆要求。由于電路單元之間巧妙的接線使無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路的工作驅(qū)動(dòng)電流、又是檢測(cè)橋的供電電流，其實(shí)質(zhì)作用是電源不單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)電流而使整機(jī)功耗大大降低。另外本開關(guān)控制電路選用了集成電路而使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作可靠。
附圖給出了本實(shí)用新型的實(shí)施例。

圖1為本礦燈式瓦斯報(bào)警器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本礦燈式瓦斯報(bào)警器控制電路原理方框圖。圖3為圖2展開的具體控制電路原理圖。圖4為催化氣敏頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的A－A及B－B向剖視圖。圖6為圖4的C－C向剖視圖。
參見圖1。本瓦斯報(bào)警器主要由殼體(2)、置于殼體(2)內(nèi)且固結(jié)其上的控制電路板(3)、催化氣敏頭(4)等構(gòu)成。通過(guò)空心螺桿(5)將與礦燈配套使用的電源(BT)電纜(6)固結(jié)在殼體(2)上，為礦燈及報(bào)警器提供電源。通過(guò)空心螺桿(7)將殼體(2)固結(jié)在礦燈總成(1)上而構(gòu)成礦燈式瓦斯報(bào)警器，使用時(shí)利用彈簧夾(8)將其掛置于安全帽(9)上。
參見圖2。裝連于控制電路板(3)上的控制電路主要由如下電路單元構(gòu)成在礦燈與其供電電源之間具有無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路單元(簡(jiǎn)稱開關(guān)電路)；具有檢測(cè)電橋(簡(jiǎn)稱檢測(cè)橋)；以及具有接收、處理檢測(cè)橋輸出的瓦斯報(bào)警信號(hào)、輸出調(diào)制信號(hào)、控制開關(guān)電路的工作狀態(tài)的開關(guān)控制電路(簡(jiǎn)稱開關(guān)控制電路)；檢測(cè)橋工作電流由電源經(jīng)由檢測(cè)橋穩(wěn)流電路、和電源經(jīng)開關(guān)電路二路共同保持供給。
下面參見圖3進(jìn)一步說(shuō)明。由圖3可見，在電源(BT)與礦燈(L)形成的照明回路中串接有控制礦燈(L)明、暗照度的開關(guān)電路。該電路主要由PNP型晶體管亦稱開關(guān)管(G1)與二極管(D5)并聯(lián)而構(gòu)成。開關(guān)管(G1)具有飽和導(dǎo)通或截止二種工作狀態(tài)，飽和導(dǎo)通時(shí)其飽和管壓降Vce≈0.2～0.3V0二極管(D5)的正向管壓降約為0.7V由于兩管的管壓降不同而使礦燈(L)有亮、暗二種工作狀態(tài)即(G1)導(dǎo)通時(shí)，電源(BT)經(jīng)G1向L供電，礦燈(L)正常發(fā)光(呈亮狀態(tài))；而G1截止時(shí)，電源(BT)經(jīng)(D5)為L(zhǎng)供電，礦燈L則以較低電壓工作而發(fā)暗光(呈暗狀態(tài))。開關(guān)管(G1)的基極連接有驅(qū)動(dòng)晶體管亦稱驅(qū)動(dòng)管(G2)，它亦有二種工作狀態(tài)即當(dāng)G2導(dǎo)通時(shí)向G1提供基極電流使G1飽和導(dǎo)通工作；而G2呈阻斷工作狀態(tài)時(shí)不能為G1提供驅(qū)動(dòng)電流而使開關(guān)管(G1)截止。
檢測(cè)橋單元，其作用是實(shí)現(xiàn)氣／電轉(zhuǎn)換，即時(shí)刻將周圍環(huán)境中瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸入給開關(guān)控制電路處理。其結(jié)構(gòu)形式為由催化可燃?xì)怏w檢測(cè)元件亦稱黑元件(Rc)，補(bǔ)償元件亦稱白元件(Rd)及與其并聯(lián)的補(bǔ)償電阻(R9)作為測(cè)量橋臂；以電位器(W)作為輔助橋臂而構(gòu)成的惠斯登電橋。對(duì)測(cè)量橋臂來(lái)講，本例中當(dāng)2V左右的工作電壓施加于黑、白元件(Rc、Rd)兩端時(shí)其有電流通過(guò)，使二元件溫度升高(約900℃)，溫度達(dá)到平衡后，黑、白元件(Rc、Rd)聯(lián)結(jié)點(diǎn)
輸出一電壓VA。當(dāng)有可燃?xì)怏w接觸到黑元件(Rc)時(shí)，在其上進(jìn)行催化無(wú)焰燃燒使黑元件(Rc)溫度升高、阻值增大，而使
點(diǎn)輸出電壓VA升高。對(duì)輔助橋臂而言，以電阻器(W)作為瓦斯?jié)舛葓?bào)警點(diǎn)的設(shè)點(diǎn)器件(報(bào)警點(diǎn)通常在1％～2.5％CH4范圍內(nèi)設(shè)定并連續(xù)可調(diào))，其
點(diǎn)輸出電壓為VB。
檢測(cè)橋單元供電電路。本實(shí)施例中檢測(cè)橋工作電流一方面是由電源電壓(E)為4伏電源(BT)經(jīng)由晶體管亦稱調(diào)整管(G3)、電阻(R1)組成的檢測(cè)橋穩(wěn)流電路提供的。由電阻(R1)與四個(gè)二極管(D1、D2、D3、D4)正向串接組成穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源，使調(diào)整管(G3)發(fā)射集產(chǎn)生2伏左右穩(wěn)定的輸出電壓(V0)。電壓(V0)一方面供檢測(cè)橋之用，一方面又為驅(qū)動(dòng)管(G2)提供了電源。這樣從向檢測(cè)橋提供工作電流的角度來(lái)看，流經(jīng)檢測(cè)橋的工作電流相當(dāng)于由驅(qū)動(dòng)管(G2)的工作電流及穩(wěn)流電路的調(diào)整管(G3)二路共同維持提供。即當(dāng)G2呈導(dǎo)通工作狀態(tài)時(shí)，電橋工作電流是由G2的工作電流及調(diào)整管(G3)二路提供；而當(dāng)G2呈阻斷工作狀態(tài)其無(wú)工作電流，電橋工作電流則由調(diào)整管(G3)單獨(dú)提供。
開關(guān)控制電路，該電路主要由四個(gè)單元構(gòu)成。其一是完成接收、判別處理檢測(cè)橋輸出的瓦斯報(bào)警信號(hào)任務(wù)的電壓比較器單元。它是由OC門極開路輸出的電壓比較器LM339(u1C)構(gòu)成的，其同相輸入端(＋)接于黑、白元件(Rc、Rd)聯(lián)接點(diǎn)
，輸入電壓為VA；反相輸入端(－)接于報(bào)警點(diǎn)設(shè)定電位器(W)的
點(diǎn)處，輸入電壓為VB。其輸出端為(V1)。
其二為產(chǎn)生報(bào)警調(diào)制電信號(hào)的振蕩電路單元。其由OC門電壓比較器LM339(u1D)及電阻(R3、R4、R5、R6、R7、)電容(C1)構(gòu)成的低頻方波振蕩器。其輸出電壓(V4)幅值近似在O～E之間。
其三為控制振蕩器工作狀態(tài)的振蕩器控制閘門單元(簡(jiǎn)稱閘門)。由OC門電壓比較器LM339(u1A)構(gòu)成，其(＋)端連接于比較器(u1C)的輸出電壓(V1)，其(－)端接于VB，其輸出端為V2。
其四為輸出報(bào)警信號(hào)開關(guān)控制單元。其由OC門電壓比較器LM339(u1B)及電阻R8構(gòu)成，其(－)端接于VB；其(＋)端與V4、V2連接。
本實(shí)施例選用一片OC門輸出的四單元電壓比較器的CMOS集成電路塊(LM339)作為含上述四個(gè)單元的開關(guān)控制電路的核心部件。
參見圖3。開關(guān)控制電路的工作過(guò)程是閉合礦燈(L)照明回路中的開關(guān)使其觸點(diǎn)(A－a)、(B－b)、(C－c)、(D～d)閉合連通，當(dāng)無(wú)可燃?xì)怏w或其濃度較低時(shí)，比較器(u1C)輸入端所接入的檢測(cè)橋輸出電壓VA＜VB(設(shè)VB為1V)，則其輸出端輸出電壓V1≈OV。V1≈OV使閘門(u1A)的輸出電壓V2≈OV，因其接于振蕩器(u1D)的輸出端及開關(guān)控制單元(u1B)的輸入端，使V4鉗制在OV則振蕩器停振，亦使V3≈OV，開關(guān)控制單元(u1B)通過(guò)電阻(R8)吸入電流即電源電壓(E)經(jīng)G3、G2、電阻(R8)、(u1B)形成回路為G2提供工作電流，G2導(dǎo)通工作向開關(guān)管(G1)的基極提供驅(qū)動(dòng)電流使G1飽和導(dǎo)通，則電源(BT)通過(guò)開關(guān)管(G1)向礦燈(L)供電，L正常發(fā)光(呈亮狀態(tài))；而當(dāng)可燃?xì)怏w濃度逐漸增大達(dá)到或超過(guò)報(bào)警濃度時(shí)，比較器(u1C)的輸入端VA＞VB使V1逐漸升高，對(duì)閘門(u1A)的輸入端來(lái)講當(dāng)V1＞VB，V2呈開路狀態(tài)，對(duì)振蕩器(u1D)、及開關(guān)控制單元(u1B)不產(chǎn)生影響，則振蕩器(u1D)立即恢復(fù)起振，產(chǎn)生振蕩頻率f≈1～4HZ的方波振蕩輸出此時(shí)對(duì)開關(guān)控制單元(u1B)來(lái)講，V2開路振蕩器輸出端V4輸出O～＋E的方波，其中當(dāng)V4＝OV時(shí)則V3＝OV其通過(guò)電阻(R8)吸入電流使驅(qū)動(dòng)管(G2)工作、開關(guān)管(G1)飽和導(dǎo)通、礦燈(L)發(fā)亮光；當(dāng)V4≈＋E時(shí)，V3為開路狀態(tài)、R8中無(wú)電流流過(guò)、G2不工作、開關(guān)管(G1)截止，L呈暗照明狀態(tài)。這樣即當(dāng)V2開路時(shí)，礦燈(L)的照明回路受到振蕩器(u1D)的振蕩電信號(hào)的調(diào)制而使礦燈(L)燈光隨著調(diào)制信號(hào)頻率發(fā)生亮度閃爍而報(bào)警。
另外本電路在比較器(u1C)及閘門(u1A)間還設(shè)置了由電阻(R2)、電容(C2)構(gòu)成的抗干擾電路。當(dāng)VA＞VB、V1輸出電壓受R2、Cc積分時(shí)間常數(shù)控制而逐漸升高，而當(dāng)氣體濃度小于報(bào)警值時(shí)(VA＜VB)，V1則立即無(wú)延遲恢復(fù)零電位。這樣可避免一些瞬時(shí)產(chǎn)生的誤信號(hào)報(bào)警。R2、C2時(shí)間常數(shù)可在1～20秒之間選定。
綜上所述本方案的控制電路有如下特點(diǎn)。1采用CMOS集成電路塊(LM339)作為控制電路核心部件，它功耗低、性能穩(wěn)定可靠。尤其是輸出為開路OC門使快恢復(fù)抗干擾電路，閘門電路、振蕩器開關(guān)控制單元較為簡(jiǎn)潔，對(duì)其外圍元件參數(shù)值要求較低。2抗干擾積分電路的增加使系統(tǒng)工作更為穩(wěn)定可靠。使電路更適合于個(gè)人佩戴，工作環(huán)境變化較大的礦燈式瓦斯報(bào)警器的要求。3流過(guò)G2發(fā)射極的驅(qū)動(dòng)電流又通過(guò)檢測(cè)橋，所以該驅(qū)動(dòng)電流同時(shí)還起了檢測(cè)元件工作電流的作用。由于不單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)電流，使整個(gè)控制電路功耗大為降低。本實(shí)施例中檢測(cè)橋需要的工作電流約為130mA左右。當(dāng)G2導(dǎo)通時(shí)從地流過(guò)檢測(cè)橋的130mA電流從V0點(diǎn)向G2分出一部分驅(qū)動(dòng)電流(50～100mA)，其余部分通過(guò)穩(wěn)流管(G3)提供。當(dāng)G2截止時(shí)，130mA的工作電流全部通過(guò)G3提供。由于G3的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)上述工作方式發(fā)生變化時(shí)，V0點(diǎn)的輸出電壓基本不變，保證檢測(cè)精度。由于驅(qū)動(dòng)電流不單獨(dú)提供，所以整機(jī)的工作電流基本上就是檢測(cè)橋的工作電流。整機(jī)工作電流約140mA左右，整機(jī)功耗大為降低。而且正常照明工作或報(bào)警時(shí)控制電路的功耗基本不變。
參見圖4、圖5、圖6所示催化氣敏頭(4)結(jié)構(gòu)示意圖。本氣敏頭主要由殼體(10)、透氣罩(11)、罩布(12)、催化氣敏元件(黑元件)(13)、補(bǔ)償元件(白元件)(14)外罩(15)、以及用于與外電路連接的元件引腳(16)組合構(gòu)成。其中黑元件(13)即電路中的Rc，白元件(14)即電路中的Rd。由圖可見，通過(guò)外罩(15)使透氣罩(11)固定于殼體(10)上，從而形成有氣體混合室(簡(jiǎn)稱氣室)(17)。對(duì)稱置中設(shè)在氣室(17)內(nèi)的還具有由殼體(10)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與罩布(12)形成的兩個(gè)相互獨(dú)立的小腔室黑元件小腔室(18)、白元件小腔室(19)。黑、白元件(13)、(14)各自通過(guò)兩個(gè)引腳(16)固定封裝于各自的小腔室(18)、(19)內(nèi)中心位置上。本例將小腔室(18)、(19)制成體積、形狀相同的圓柱形腔室。
本實(shí)施例提供的催化氣敏頭，由于具有黑、白元件各自獨(dú)立的小腔室(18)、(19)結(jié)構(gòu)，黑、白元件(13)、(14)相互隔離使兩元件的工作溫度場(chǎng)保持獨(dú)立而不相互影響，各自僅通過(guò)罩布(12)與氣室(17)中氣體保持?jǐn)U散傳遞，因而也就避免了因溫度場(chǎng)變化導(dǎo)致誤信號(hào)產(chǎn)生。同時(shí)由于氣室(17)的存在，使外部氣體與黑、白元件小腔室(18)、(19)之間形成有一緩沖腔，它使兩小腔室所處氣體狀態(tài)保持一致，從而提高了白元件(14)的補(bǔ)償效果。同時(shí)使外部環(huán)境通過(guò)透氣罩(11)進(jìn)入探頭的氣體波動(dòng)減弱，而使小腔室(18)、(19)中的氣體受到的干擾更小。氣室(17)有一定空間容積，黑元件(13)在工作時(shí)要消耗一定的待測(cè)氣體，它的存在使小腔室(18)、(19)與探頭外部實(shí)際氣體環(huán)境濃度差變小，使檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。因本催化氣敏頭有動(dòng)態(tài)工作穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)，尤其適用作為本礦燈式瓦斯報(bào)警器的氣敏探測(cè)元件。
權(quán)利要求1.一種將殼體(2)固結(jié)在礦燈(1)上而構(gòu)成的以礦燈閃爍為報(bào)警方式的礦燈式瓦斯報(bào)警器，其特征在于，固定在殼體(2)內(nèi)的控制電路板(3)上裝連有如下電路單元組合構(gòu)成報(bào)警控制電路a.礦燈(L)及其供電電源(BT)之間具有無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路，b.用具有將黑、白元件(13)(14)即分別封裝于各自獨(dú)立的小腔室(18)(19)、兩小腔室(18)(19)又同封裝于一個(gè)氣體混合室(17)內(nèi)結(jié)構(gòu)特性的催化氣敏頭(4)作為探測(cè)元件而構(gòu)成的檢測(cè)電橋，其工作電流由c.電源(BT)經(jīng)由檢測(cè)電橋穩(wěn)流電路、和電源(BT)經(jīng)由無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路二路共同保持供給，d.具有接收、處理檢測(cè)電橋輸出的瓦斯報(bào)警信號(hào)，輸出調(diào)制信號(hào)、控制無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路工作狀態(tài)的開關(guān)控制電路。
2.按權(quán)利要求1所述的報(bào)警器，其特征在于a所說(shuō)的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路可由受驅(qū)動(dòng)管(G2)等元件組成的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制而改變工作的功率開關(guān)管(G1)與二極管(D5)并聯(lián)而構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1所述的報(bào)警器，其特征在于d所說(shuō)的開關(guān)控制電路包括有用于比較、輸出報(bào)警信號(hào)的比較器單元，受比較器輸出控制工作的振蕩器控制閘門單元，方波振蕩器單元，以及方波調(diào)制信號(hào)輸出報(bào)警開關(guān)控制單元。
4.按權(quán)利要求1或3所述的報(bào)警器，其特征在于所說(shuō)的比較器單元和振蕩器控制閘門單元之間還可設(shè)置有由R2與C2組成的抗干擾電路。
5.按權(quán)利要求1或3所述的報(bào)警器，其特征在于所說(shuō)的開關(guān)控制電路可選用集成塊(LM339)與其外圍元件搭接制作而成。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種礦燈式瓦斯報(bào)警器。這種將殼體固結(jié)在礦燈上而構(gòu)成的以礦燈閃爍為報(bào)警方式的報(bào)警器，其特點(diǎn)是具有如下控制電路單元a無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)式亮度控制電路；b選用通過(guò)改進(jìn)黑、白元件封裝結(jié)構(gòu)而具有良好動(dòng)態(tài)工作特性的催化氣敏頭作為探測(cè)元件而構(gòu)成的探測(cè)電橋；且該電橋工作電流由c電源經(jīng)檢測(cè)電橋穩(wěn)流電路和電源經(jīng)開關(guān)電路二路共同維持供給；d具有開關(guān)控制電路。本報(bào)警器具有性能穩(wěn)定可靠，整機(jī)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08B17/11GK2075366SQ9020091
公開日1991年4月17日 申請(qǐng)日期1990年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月20日
發(fā)明者曾維魯 申請(qǐng)人:水利電力部吉林水工機(jī)械廠