191219. lajstromszámú szabadalom • Robbanásbiztos kapcsolási elrendezés explozív gázok és/vagy gőzök koncentrációjának folyamatos méréséhez
1 191 219 A jelen találmány tárgya olyan (elektromos) kapcsolási elrendezés, amely lehetővé teszi fűtött félvezetős érzékelővel (TGS) ellátott, explozív gázok és/vagy gőzök koncentrációját folyamatosan mérő berendezések kialakítását olymódon, hogy az azokban fellépő áramerősségek minden ponton és minden esetben alatta maradjanak a gyújtószikra keletkezéséhez szükséges értéknek, és ennek következtében az érzékelőt a költséget robbanásbiztos kivitelezés mellőzésével lehessen előállítani, anélkül, hogy annak üzemeltetése a munkahely biztonságát veszélyeztetné. A fűtött félvezetős gázérzékelők (Gas-Electric Transducer, GET), vagy ahogy az elnevezés a feltaláló nevéről inkább ismertté vált, a Taguchi Gas Sensor, (TGS) elterjedése (3 603 954 és 3 631 436 sz. USA szabadalmak) óta nagy számban készítettek ezen érzékelők felhasználásával működő gáz/gőz) koncentrációmérő berendezéseket. Az első — hálózati villamos feszültségről működtetett ilyen berendezések után sorozatban váltak ismertté telepes üzemű, változtatható méréshatárú, mérő és egyben riasztó berendezések, (elsősorban laboratóriumi használatra), de ismertté váltak kis, kézi mérőműszerek is, amelyek hálózatok és szerelvények tömörségnek a helyszínen történő ellenőrzésére (szivárgásvizsgálatra) alkalmazhatók, mindegy kéziszerszámként. És bár ismeretessé vált időközben ezen műszerek áramellátását biztosító robbanásbiztos tápegység is, mindezeknek a jelen pillanatig közös hátránya az, hogy a mérőműszer áramköreiben folyó viszonylag magas (indikátorként szereplő gyújtószikrát létrehozni alkalmas) áramra tekintettel, zárt helyen történő felhasználásra e berendezések csak robbanásbiztos kivitelben állíthatók elő, ami gyártásukat megnehezíti és a készülékeket jelentősen megdrágítja. A lábán kíván segíteni a jelen találmány. A jelen találmány olyan kapcsolási elrendezést ismertet, amely két méréshatárban (úgymint 10,0—1,00 ppm) és 1-100 ARH %) egyaránt alkalmas a koncentráció lineáris mérésére, olyan kapcsolási elemekkel, amelyek mellett a kapcsolásban sehol sem léphet fel gyújtószikra képzésére alkalmas áram, és amelynek kimenőjele^) egyaránt alkalmasak mérőműszer, mérő- és/vagy regisztrálóberendezés, illetve riasztóberendezés működtetésére. A kapcsolási elrendezés egy lehetséges kiviteli alakját (két méréshatárhoz) az 1. sz. ábra tünteti fel. A — célszerűen önmagában ismert robbanásbiztos tápegységre csatlakoztatott — 1 és 2 bemeneti kapcsokra van a berendezés tápfeszültsége kapcsolva. Az explozív gáz koncentrációját érzékelő 4 TGS műszer a 3 ellenállással feszültségosztót képez, melynek középső pontján levő feszültség a TGS karakterisztikájának megfelelően arányos a gázkoncentrációval. Erre az osztópontra van kapcsolva a S ellenálláson keresztül a 16 komparátorerősítő negatív bemenete, valamint az a feszültségosztó, amely az 5 ellenállásból és a 6 térvezérlésű tranzisztorból áll. Az ezt követő harmadik feszültségosztó a 10, 11 és 12 ellenállásokból áll. A 10 és 11 ellenállások közé van kapcsolva a 9 ellenálláson keresztül a 16 komparátorerősítő pozitív bemenete, míg a 11 és 12 ellenállások közötti pontra a 17 komparátorerősítő negatív bemenete van kötve. A 3 7 komparátorerősítő pozitív bemenete a 8 ellenállás és a 16 komparátorerősítő negatív bemenete közé van kapcsolva. A 16 2 komparátorerősítő kimenetére kapcsolódik egyrészt a 7 ellenálláson keresztül a 6 térvezérlésű tranzisztor gateje, másrészről a 14 kapcsolótranzisztor kollektora. A 14 kapcsolótranzisztor emittere a 9 ellenállás és a 16 komparátorerősítő pozitív bemenete közé van kapcsolva, míg a bázisa a 15 ellenálláson keresztül a 17 komparátorerősítő kimenetére kapcsolódik. A 4 TGS érzékelőből és a 3 ellenállásból álló feszültségosztó osztópontjára egy lánc kapcsolódik, amely a 18 ellenállásból, a 22 ellenállásból, a 23 diódából, a 25,30 és 32 ellenállásokból áll, majd a 33 kimenőkapocshoz vezet. Az 1 és 2 (bemenő) kapcsokra még egy utolsó feszültségosztó van kapcsolva, ez a 19 és 20 ellenállásokból áll. Ennek osztópontjára van kapcsolva a 21 műveleti erősítő pozitív bemenete, — negatív bemenete a 18 és 22 ellenállások közé van kötve, valamint a 26 diódán keresztül a 27 műveleti erősítő pozitív bemenete, melyet a 2 bemenettel a 28 ellenállás is összeköt. A 21 műveleti erősítő kimenete a 22 ellenállás és a 23 dióda közé van kapcsolva, a 27 műveleti erősítő kimenete a saját negatív bemenetére, a 24 műveleti erősítő pozitív bemenetére, valamint a 31 műveleti erősítő pozitív bemenetére van kötve egyrészt a 29 ellenálláson keresztül, másrészt úgy, hogy ezt a bemenetet a 2 bemenettel a 32 ellenállás is összekapcsolja. A 24 műveleti erősítő negatív bemenete a 23 dióda és a 25 ellenállás közé, kimenete a 25 és a 30 ellenállás közé van kapcsolva, a 31 műveleti erősítő negatív bemenete a 30 és 32 ellenállás közé, kimenete a 32 ellenállás után a 33 kimenőkapocsra van kapcsolva. A kimenőjel másik pontját a 34 kimenőkapocs képezi. A fentiekben ismertetett kapcsolási elrendezés működtetésekor a 2 és 1 bemeneti kapcsokat tápfeszültségre kapcsoljuk. Tápáramforrásként célszerűen önmagában ismert stabilizált, robbanásbiztos tápegységet alkalmazunk. A kapcsolási elrendezés bemenőjele a 4 TGS érzékelőnek a gáz (gőz) koncentrációjától függő impedanciája lesz. A méréshatár felső értékénél a 3 ellenállásból és a 4 TGS érzékelőből álló feszültségosztó osztópontján jelentkező feszültség nyilvánvalóan magasabb lesz, iránt a 10,11 és 12 ellenállásokból álló feszültségosztólánc 10 és 11 ellenállások közötti feszültségértéke, miértis a 16 komparátorerősítő átbillen. (A 17 komparátorerősítő állandóan átbillent állapotban van.) A 16 komparátorerősítő átbillenésekor a kimenetére kapcsolt 14 kapcsolótranzisztor vezetni kezd, és ezzel megakadályozza a 16 komparátorerősítő visszabillenését. Ugyanakkor azonban vezetni kezd a 6 térvezérlésű tranzisztor is, és a 3 ellenállást az 5 ellenállással párhuzamosan kapcsolja. Ezáltal a kapcsolási elrendezés a magasabb gázkoncentráció mérésére alkalmas állapotban stabilizálódik. Ha a gázkoncentrádó a méréshatárváltási határérték alá csökken, a 3 ellenállásból és a 4 TGS érzékelőből álló feszültségosztó osztópontján jelentkező feszültség kisebb lesz, mint a 10 és 11 ellenállások közötti feszültség, a 16 komparátorerősítő visszabillen, a 14 tranzisztor és a 6 térvezérlésű tranzisztor megszűnik vezetni, a 17 komparátorerősítő egy pillanatra visszabíUen, utána újra átbillen ugyan, de mivel a tranzisztorok már nem vezetnek, visszaáll az első (érzékenyebb) méréshatárhoz tartozó villamos állapot. Hasonló elrendezésben további komparátor-erősítőpárok alkalmazásával több méréshatár is kialakítható. A 3 ellenállásból és a 4 TGS érzékelőből álló feszültségosztó os/.tópontján levő feszültséget a 22 mű-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
