专利名称:便携式沼气检测报警仪的制作方法
本实用新型是用于连续检测矿井空气中沼气浓度的安全仪表。
近二十年来世界煤炭工业发达国家在同矿井瓦斯灾害斗争中努力开发新型的沼气检测仪表，尤其以连续自动检测，超限报警的便携式沼气检测报警仪最受用户欢迎。它的显著特点是携带轻便、操作维护简单、读数直观、连续自动检测、超限报警。此外，它不需要外加电源，不用电缆。移动灵活，维修校验可在地面进行，价格便宜，经济实用。
近几年来英国、日本、美国、苏联等国在瓦斯检测仪表的激烈竞争中先后推出了AFD2型、GP322型、GP82型、CD212型和CⅡ－2型等沼气检测报警仪供煤矿使用。我国也先后开发了AQJ系列产品和WZJ－1型、AZJ－81型等便携式沼气检测报警仪。
本实用新型的目的是研制出适合我国矿井特点，性能优越，功能齐全，体积小、重量轻(相对于具有较强声光报警功能)，造型美观，充电、使用、维修方便的便携式沼气检测报警仪。
一、本实用新型的基本技术指标测量范围0～5％CH4测量误差0～小于2％CH4区间；误差不超过±0.1％CH42％～小于3.5％CH4区间；误差不超过±0.2％CH43.5％～5％CH4区间；误差不超过±0.3％CH4分辨 率0.01％CH4反应时间小于15秒零点稳定性月漂移不大于0.1％CH4测量稳定性月漂移不大于0.2％CH4
显示方式指针式或液晶三位显示电 源专用本质安全型镉镍蓄电池组 1AH连续工作时间8小时电源电压状态充足——电源指示灯常亮欠压——电源指示灯闪烁充电方式快速直插，过充自动保护防爆标志本质安全兼隔爆型尺 寸147×72×33mm重 量360克二、本实用新型的特点(一)显示浓度方式有两种AZJ－85型采用指针式表头(图1)AZJ－85B型采用大液晶屏显示(图2)(二)机型结构为传感器内藏式外形结构。传感器组件固定在气室腔内的橡胶减震装置中。
图2为便携式沼气检测报警仪结构示意图。图中开关1、机壳2、充电触头3、前铭牌4、大液晶屏显示5、双红色闪光灯6、欠压指示灯7、气嘴座8、线路板及元件9、后铭牌10、传感器11、电池组12、后盖紧固螺钉13。
(三)整机电源的充电方式采用快速直插式。
(四)在机体上部传感器两侧对称设置两个红色报警灯，在机体下部电池组的前方设有φ45mm的压电陶瓷蜂鸣器，当空气中甲烷含量超过设定值后自动发出红色闪光和间断报警声。
(五)采用ZCY－85型低功耗催化元件(图2)，并与FY－3型双孔粉末冶金体等组成专用传感器组件。
(六)为减小电池体积和容量，选用工作电流为110毫安的低功耗催化元件和高效低压差稳压电路，控制整机工作电流。确保三节1AH镉镍蓄电池可以连续工作八小时以上。串有限流电阻的电池组封装在塑料盒内，成为专用本质安全型电池组(图3A－A)。
三、本实用新型电路连接关系和工作原理图4为便携式沼气检测报警仪的电路原理。它主要由电源18、稳压电路19、热催化电桥20、放大电路21、电压比较电路22、多谐振荡电路23、欠压指示电路24，数字显示电路(图6)组成。
图5为便携式沼气检测报警仪电路连接关系方框图。电源18的电池经开关后接入稳压电路19的调整管T2发射极；电源18也分别接入放大电路21、电压比较电路22、多谐振荡电路23、数字显示电路的电源脚上为放大电路21、电压比较电路22、多谐振荡电路23、欠压指示电路24及数字显示电路(图6)提供电源。稳压电路19的输出(调整管T2集电极)接在热催化电桥20的载体元件r1、电阻R28上，并为电压比较电路22提供基准电压，接在R21上。热催化电桥20桥路输出接放大电路21的输入端。放大电路21的输出一路接数字显示电路(图6)或表头，另一路接电压比较电路22。电压比较电路22的比较器输出接多谐振荡电路23，由电阻R9、R18分压后控制起振电平。欠压电路24的同相输入端经电阻R1、R2接电源18，由R1、R2、R3分压设定欠压闪烁起振电平。
图6为便携式沼气检测报警仪的模——数转换和数字显示电路。数字显示电路由CMOSA／D芯片——7126和三位半液晶显示器组成。7126是微功耗型A／D转换器，功耗仅1mW，微功耗型A／D转换器7126的B3(16脚)接大液晶屏的第一小数点(12脚)，节省了反向驱动器。A／D转换器具有良好的精度和线性，其工作电压为7－9V，负电压由7660电源变换芯片获得。
电路上实现了厚膜组件化。AZJ－85型指针式表头用一块厚膜组件ZJ8501(包括图4中19、21、22、23、24五个单元电路)和四个电阻、三个电位计组成。AZJ－85B型大液晶屏显示用二块厚膜组件ZJ8501、ZJ8502(包括数字电路电压变换和阻容网络)和一块A／D转换器件7126，再加上少量的阻容器件等组成。集成化程度高，缩小了整机体积，易于整机调试、维修。
在图4中，电源18采用三节镉镍蓄电池和一只限流电阻串联，封装在塑料盒内成不可拆卸的整体。图3为便携式沼气检测报警仪的电池封装，电池盒盖14、电池盒15、电池16、禁止开盖标志17。该电池组为专用本质安全型，为防止充电端子对外短接放电，在充电回路中装设二极管D11。稳压电路19由集成运算放大器 1/2 LM258构成，属高效低压差稳压电路。其调整管T2的输出既为热催化元件提供工作电压，又为热催化电桥调零电位计W1提供偏压，还为比较回路的报警调节电位计W2提供比较基准电压。在电源电压从3.3伏至4.5伏区间变化时，稳压输出提供给热催化电桥的工作电压变化小于10毫伏，且最高稳压输出可达3伏。热催化电桥20由载体元件、载体催化元件组成的测量桥臂和由金属膜电阻、电位计组成的辅助桥臂构成。工作电压由稳压电路19提供。当甲烷进入传感气室后，其桥路的输出值与甲烷浓度成线性比例由输入电阻R26、R25送入放大回路。放大回路21采用集成运算放大器 1/2 LM258构成。放大热催化电桥的输出讯号，经运算放大器的7脚输出分压后送给指针式表头或数字转换部份的输入电路，同时还为比较电路提供比较电平。电压比较电路22由 1/4 LM239比较器组成。可调设定电压取自W3调节端子，直接输入到LM239的反相端，电桥放大器输出接入LM239的同相端，构成电压比较电路。当同相端5脚收到当沼气增加时的放大回路21放大的信号超过比较基准，则 1/4 LM239比较器翻转，输出信号经电阻R19、R16、R17分压后使多谐振荡器起振。多谐振荡电路23由2／4LM239比较器接成调制型多谐振荡器，第一级多谐振荡器的振荡频率为0.5HZ，控制报警灯闪烁与声报警间歇；第二级多谐振荡器的振荡频率为2KHz，为蜂鸣器提供2KHz音频振荡信号。沼气超限后，比较器翻转，启动多谐振荡器启振发出声、光报警。欠压指示电路24由 1/4 LM239组成。该电路将迟滞比较器的一端(7脚)接电阻R1、R2，当电源电压降低到设定值3.3伏时，比较器输出电平将产生周期变动，电源指示灯D1闪动。
权利要求
1.本实用新型是一种便携式沼气检测报警仪，它由开关、机壳、充电触头、前铭牌、大液晶屏显示、双红色闪光灯、欠压指示灯、气嘴座、线路板及元件、后铭牌、传感器、电池组、后盖紧固螺钉构成；其特征是机型结构为传感器内藏式外形结构，传感器组件固定在气室腔内的橡胶减震装置中；在机体上部传感器两侧对称设置两个红色报警灯，机体下部电池组的前方设有压电陶瓷蜂鸣器；电路部份主要由电源、稳压电路、热催化电桥、放大电路、电压比较电路、多谐振荡电路、欠压指示电路、数字显示电路组成；电源电池经开关接入稳压电路的调整管发射极，稳压电路的调整管集电极接在热催化电桥的载体元件和电阻上。热催化电桥桥路输出接放大电路的输入端；放大电路的输出一路接数字显示电路或表头，另一路接电压比较电路；电压比较电路的比较器输出接多谐振荡电路；欠压电路的同相输入端经电阻接电源；电路上指针式表头用一块厚膜组件ZJ8501和四个电阻，三个电位计组成，大液晶屏显示用二块厚膜组件ZJ8501、ZJ8502和一块A/D转换器件7126，阻容器件组成。电源采用三节镉镍蓄电池和一只限流电阻串联，封装在塑料盒内成不可拆卸的整体；稳压电路由集成运算放大器构成；热催化电桥由载体元件、载体催化元件组成的测量桥臂和由金属膜电阻，电位计组成的的辅助桥臂构成；放大回路采用集成运算放大器构成；电压比较电路由比较器组成；多谐振荡电路用LM239比较器接成调制型多谐振荡器；欠压指示电路仍由LM239组成，数字显示电路由CMOSA/D芯片-微功耗型A/D转换器7216和三位半液晶显示器组成。
2.根据权利要求
1所述的一种便携式沼气检测报警仪，其特征是A／D转换器件7126的B3(16脚)接大液晶屏的第一小数点(12脚)。
专利摘要
本实用新型是用于连续检测矿井空气中沼气浓度的安全仪表。显示沼气浓度方式有指针式表头和大屏液晶显示两种。整机采用低功耗催化元件和高效低压差稳压电路。串有限流电阻的电池组封装在塑料盒内，成为专用本质安全兼防爆型。该沼气检测仪具有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修简便等特点，它能连续自动指示环境气体中沼气浓度的数值和超限报警。
文档编号E21F17/00GK87209673SQ87209673
公开日1988年9月14日 申请日期1987年6月26日
发明者谷守碌, 谢伯益, 许阳, 付小渝, 姜苏 申请人:煤炭工业部煤炭科学研究院重庆研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan