DE2045965A1 - Vorrichtung zur Anzeige von brennbaren Gasen - Google Patents

Description

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HÖGER - STELLRECHT - GRiESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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15· September 1970

Mine Safety Appliances Company
PITTSBURGH, Pennsylvania, USA

Vorrichtung zur Anzeige von brennbaren Gasen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von brennbaren Gasen, bei der ein aufheizbarer katalytisch wirkender
Faden elektrisch mit einem Meßinstrument verbunden ist.

Es ist zu Sicherheitszwecken oft notwendig, die Konzentration von brennbaren Gasen in der Luft zu kennen oder einen ausreichenden Vorrat an Brennstoffen für einen Arbeitsprozess zu sicher: Zur Bestimmung der Gaskonzentration werden Brenngasanzeigevcrrichtungen mit einer Wheatston'sehen Brückenschaltung verwendet, in welcher ein Meßinstrument und ein Paar elektrisch beheizter, katalytischer Drähte vorgesehen sind. Die Wheatstor.' sc-he Brücke ist so abgeglichen, daß kein Strom im Stromkreis

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des Meßinstrumentes fließt, solange keine Brenngase um den Faden herumströmen, der in diesem Falle als Anzeiger oder Detektor vdr>Andererseits findet an diesem Faden eine katalytische Verbrennung statt, wenn in der Gasprobe Brenngase vorhanden sind und diese Probe oxydiert wird. Die durch die Oxydation freigewordene /."arme bewirkt eine Erhöhung der Fadentemperatur, so daß dadurch eine Erhöhung des Fadenwiderstandes erfolgt und die Brückenschaltung nicht mehr im Gleichgewicht ist. Dadurch fließt ein Strcr. durch das Meßinstrument. Die Größe der Unsymmetrie des Strorr.es, die durch das Meßinstrument gemessen wird, ist proportional zur Gaskonzentration. Das Meßinstrument ist normalerweise so einjustiert, daß es vollständig ausschlägt, wenn die Brenngaskcnzentration so hoch ist, daß eine Explosion aufgrund der Konzentration stattfinden kann.

Wenn die Konzentration an brennbaren Gasen jedoch größer wird, treten Einflüsse in der Probe- oder Vergleichskaraner auf, welche eine fehlerhafte Ablesung bewirken. So kann beispielsweise die Konzentration so groß werden, daß nicht genügend Sauerstoff zur Unterhaltung der Verbrennung vorhanden ist. Weiterhin kann auch ein Gas mit einem hohen prozentualen Anteil an brennbaren Bestandteilen eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, so dsü dadurch eine Kühlung des Fadens stattfindet. Unter solchen Bedingungen können durch das Meßinstrument keine brennbaren Bestandteile in der Probekammer angezeigt werden, auch wenn tatsächlich ein hundertprozentiger Anteil brennbarer Bestandteile im Gas vorhanden ist. Durch eine falsche Anzeige kann also eine sehr gefährliche Situation entstehen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten

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Nachteile der zuvor beschriebenen, bekannten Vorrichtungen zur. Anzeigen von brennbaren Gasen zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die sogar dann eine Gefahrensituation anzeigt ur.d wirksam ist, wenn die Probe sogar hundert Prozent brennfähige Bestandteile aufweist.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsfern der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung, in welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt ist, der weiteren Erläuterung.

Tn der Zeichnung ist ein Gehäuse 1 dargestellt, in welchem zwei Kai/anern 2 bzw. 3 vorgesehen sind, die jeweils durch einen Verschluß oder eine Kappe 4 verschlossen sind. Während die eine Kammer 2 vollständig abgedichtet ist, besitzt die andere Kar_Ter einen Ein- und Auslaß 5 bzw. 6, durch welche eine Probe des betreffenden, zu prüfenden Gases ein- bzw. ausgeleitet werden kann. Unter "Gas" ist auch ein Dampf zu verstehen.

In der abgedichteten Kammer 2 ist ein Vergleichsfaden 8 aus Platin angeordnet, während ein ähnlicher Faden 9 in der Probekar^ier j vorgesehen ist. Diese beiden Fäden sind durch eine Leitung IC, welche die beiden Kappen 4 durchdringt, miteinander verbunden. Des weiteren stehen die beiden Fäden 8, 9 mittels Leitungen 11 bzw. 12 mit einer außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Eatterie 13 in Verbindung, durch welche sie mit elektrischem Strcn- versorgt werden. Parallel zur Batterie 13 sind drei Widerstände l'~ _t i" und 16 geschaltet. Der mittlere dieser drei Widerstände ist über ei-¹^.η weiteren Widerstand 17 und un';er Zwischen:-;':^%r'ti t-.".^g ein 03 .'U:.:':^;·. ■.,„-. ,writL-b lR an «l.ie die beiden Fä-ien 8. 9 ·:.:".^:; e:. η e:: I c- r-Vf¹A-X :..rv "■-:.■ .':..■·. '.^itun^ 10 ..:);$:> ·:.·:> :-ί:1ϋί; :,;ΰί;. 0\·?^γ ■■■ -'..,.Hr₁ ly-.schz'l'-'t.rr.'r

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Stromkreis bildet eine Wheatston'sche Brücke, die so eingestellt werden kann, daß kein Strom durch das Meßinstrument 18 fließt, wenn keine brennbaren Gase in der Probekammer 3 vorhanden sin::. Die eben beschriebene Vorrichtung ist an sich bekannt und hat den zuvor erwähnten Mangel, daß, wenn die Gasprobe mehr als die Xindestmenge von brennbaren Bestandteilen aufweist, eine Explosion stattfinden kann.

Gemäß der Erfindung ist die bekannte Vorrichtung daher weiterhin so ausgebildet, daß auch dann eine Gefahrensituation noch angezeigt wird, wenn die Gasprobe sogar 100 % brennbare Bestandteile aufweist. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 1 im Bereich der Probekammer 3 mit einer Ausnehmung 20 ausgestattet, in welcher eine Fotozelle 21 angeordnet ist. Die Fotozelle 21 ist auf den Prccefaden 9 eingestellt und zwar in der Art, daß der elektrische "niderstand der Zelle abhängig ist von der Größe der auf die Fotozelle einwirkenden Strahlungsenergie. Wenn eine Fotozelle in Anwendung gelangt, deren Widerstand durch eine Erhöhung der Strahlungsenergie kleiner wird, so ist eine Anschlußklemme der Fotozelle 21 über eine Leitung 22 und einen normalerweise geschlossenen Schalter 23 mit der Leitung 12 verbunden. Die andere rllemme der Fotozelle 21 steht dagegen über eine Leitung 24 mit der Basis eines Transistors 25 in Verbindung. Der Emitter dieses Transistors ist über eine weitere Leitung 26 mit der Leitung 11 verbunden, während der Kollektor über eine Leitung 27 mit dem Emitter eines zweiten Transistors 28 und gleichzeitig auch rnic der Basis eines dritten Transistors 29 in Verbindung steht. Die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors 28 sind durch eine geraeinsame Leitung 31 an eine zwischem dem Widerstand 17 und dem Meßinstrument 18 gelegenen Verbindungsstelle angeschlossen. Der Kollektor des dritten Transistors 29 ist über eine Lei-

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tung 32 mit der Basis des Transistors 25 verbunden. Durch eine weitere Leitung 33 ist der Emitter des Transistors 29 zwischen der Fotozelle 21 und dem Schalter 23 an die Leitung 22 angeschlossen.

Während des Betriebes dieser Vorrichtung gibt der Probefaden 9 keine Strahlungsenergie, z.B. Infrarot- oder Lichtstrahlen, ab, solange die Konzentration der brennbaren Bestandteile in der Gasprobe unterhalb des Explosionslimites verbleibt, so daß unter diesen Bedingungen die Vorrichtung wie bisher arbeitet. Wenn jedoch die untere Grenze, bei welcher eine Explosion stattfinden kann, erreicht oder geringfügig überschritten wird, wird die katalytische Verbrennung am Probefaden 9 so groß, daß die Fadentemperatur ansteigt und der Faden glüht und Energie ausstrahlt. Durch diese Strahlungsenergie vermindert sich der Widerstand der Fotozelle 21, so daß ein Strom über die Fotozelle zum Transistor 25 fließt und dieser somit leitend wird. Sobald dies erfolgt, fließt der Strom vom Transistor 25 zum zweiten Transistor 28 und zum Meßinstrument 18. Solange dieser Strom im Stromkreis des Meßinstrumentes l8 fließt, wird durch dieses der explosive Zustand der Gasprobe fortwährend angezeigt. Der Transistor 28 ist dabei in Diodenanordnung mit dem Gehäusestromkreis durch die Brücke verbunden, wenn der Stromkreis der Fotozelle nicht wirksam ist.

Der durch die beiden Transistoren 25 und 28 fließende Strom betätigt auch den dritten Transistor 29» so daß ein Strom durch ihn und zwischen der Leitung 22 sowie der Basis des Transistors 25 fließen kann, auch wenn der Faden 9 aufgrund der hohen Konzentration der brennbaren Bestandteile nun dunkler wird und der Widerstand der Fotozelle 21 wieder auf seine ursprüngliche Größe ansteigt. Der Transistor 29 bildet eine Sperre für den i'.tromkreis der Fotozelle 21, so daß das Meßinstrument 18 weiterhin die explosive Konzentration der brennbaren Bestandteile im Gas

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anzeigt, bis der Schalter 23 geöffnet wird. Wenn die Konzentration der brennbaren Bestandteile des Gases die untere Explcsionsgrenze übersteigt, glüht der Faden 9 für wenigstens kurze Zeit auf, bis die Konzentration für eine v/eitere katalytische Verbrennung zu groß wird. Dieses Aufglühen des Fadens reicht aus, um den Transistor 25 zu betätigen.

Die Basis des Transistors 25 ist über einen Kondensator 35 mit der Leitung 26 verbunden, durch den der Stromkreis gegenüber eine: falschen Auslösen durch ein elektrisches Streufeld geschützt wird Ein parallelgeschalteter Widerstand 36 dient als Vorwiderstar.d und hält den Transistor 25 normalerweise in nicht leitenden Zustand. Weiterhin sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwei Widerstände 37 und 38 vorgesehen, die zur Begrenzung des Stromes in diesen Hilfsstromkreisen dienen.

Wenn eine Fotozelle verwendet wird, deren elektrischer Widerstand größer wird, wenn sie der Strahlungsenergie ausgesetzt wird, ist einer ihrer Anschlüsse wie bisher mit der Leitung 24 verbunden. Der andere Anschluß dagegen steht anstelle mit der Leitung 22 nit der Leitung 26 in Verbindung. Weiterhin ist ein Anschluß des Widerstandes 36, wie in der Zeichnung dargestellt, mit der Leitung 24 verbunden, wogegen der andere Widerstandsanschluß nun mit der Leitung 22 anstatt mit der Leitung 26 in Verbindung steht. Aufgrund dieser Anordnung kann, wenn der Widerstand der Fotozelle 21 größer wird, genügend Strom durch den Widerstand 36 zun Transistor 25 fließen, so daß dieser leitend wird.

BAO ORiOINAL

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Claims (6)

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   Patentansprüche :

   / 1.!Vorrichtung zum Anzeigen von brennbaren Gasen, bei der ein ^- aufheizbarer, katalytisch wirkender Faden elektrisch mit einem Meßinstrument verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fotozelle (21) auf den Faden (9) ausgerichtet ist, deren Widerstand in Abhängigkeit von einer durch die brennbaren Gase hervorgerufenen Temperaturerhöhung des Fadens (S) sich ändert, und daß das Meßinstrument (18) an einen von Stromkreis (11, 12) -^es Fadens (9) unabhängigen Stromkreis (26, 31) angeschlossen 1st und in diesem Stromkreis (26,31) ein mit der Fotozelle (21) verbundenes, elektrisches Schaltelement (25) liegt, das bei einer Widerstandsänderung der Fotozelle (21) dafür sorgt, daß bei jedem Aufglühen des Fadens (9) das Meßinstrument ausschlägt.
2. 2. Vorrichtung nach A'nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das elektrische Schaltelement ein Transistor (25) ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Emitter und Kollektor des Transistors (25) mit diesen Stromkreis (26, 31) und die Basis mit der Fotozelle (21) verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise offener, die Fotozelle (21) überbrückender Stromkreis (32, 33) und zu dessen Schließung ein durch den Strom des Stromkreises betätigtes, elektrisches Scha.» t element (29) vorgesehen sind.

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5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Schaltelement (29) ein Transistor ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Fotozelle (21) durch die vom Faden (9) ausgehende Strahlungsenergie verkleinert wird, so daß ein Strom über die Fotozelle (21) zum Transistor (25) fließt.

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