專(zhuān)利名稱(chēng)：煙霧探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型適用于作業(yè)環(huán)境中有大量浮游粉塵及爆炸性氣體的有火災(zāi)危險(xiǎn)的場(chǎng)所。
目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)應(yīng)用于礦山井下的煙霧探測(cè)裝置。1985年引進(jìn)英國(guó)P3270型煙霧傳感器由于結(jié)構(gòu)原因，在礦山內(nèi)使用時(shí)不能排除粉塵的干擾，經(jīng)常產(chǎn)生非火災(zāi)誤報(bào)；且因放射能量大、價(jià)格昂貴等而受到限制。為此，需要研制一種適用于礦井環(huán)境的煙霧探測(cè)裝置。
本實(shí)用新型能在有大量浮游粉塵及爆炸性氣體的有火災(zāi)危險(xiǎn)的惡劣環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)初期陰燃階段產(chǎn)生的不可見(jiàn)氣溶膠微粒及可見(jiàn)煙霧(粒徑為0.01～0.3μm的亞微粒子及10μm以下的微粒子)，與電源監(jiān)控箱及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配用還能輸出電信號(hào)進(jìn)行就地監(jiān)視、斷電、聲光報(bào)警、啟動(dòng)消火裝置及集中監(jiān)視和遙測(cè)。對(duì)火災(zāi)進(jìn)行探測(cè)和早期預(yù)報(bào)，從而保證生產(chǎn)安全，人身安全及設(shè)備安全。
本適用新型的主要技術(shù)指標(biāo)1.輸入電壓15～24VDC2.工作電流＜100mADC3.報(bào)警電流＜130mADC4.報(bào)警方式(1)現(xiàn)場(chǎng)光報(bào)警(2)集中監(jiān)測(cè)中心站開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出無(wú)報(bào)警時(shí)0，±0.1mADC有煙或自檢報(bào)警時(shí)＋2，±0.1mADC
(亦可根據(jù)配套裝置和系統(tǒng)的要求，輸出信號(hào)在1～20mA范圍內(nèi)可調(diào))5.響應(yīng)時(shí)間＜30秒6.煙塵粒度檢測(cè)范圍0.01～10μm7.檢測(cè)、補(bǔ)償雙電離室微量檢測(cè)放射源放射性活度Am241185KBq8.外形尺寸φ140×180mm9.質(zhì) 量1.3kg10.防爆型式ibI(＋150℃)本質(zhì)安全型11.使用環(huán)境條件溫度0～40℃濕度≤98％大氣壓力85～110KPa(相當(dāng)于海撥高度－1000～＋1500m)可用于有瓦斯、粉塵爆炸危險(xiǎn)及粉塵濃度較大的場(chǎng)所。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)煙霧探測(cè)裝置由

圖1中的上外罩1、銘牌2、補(bǔ)償電離室3、補(bǔ)償源4、印制電路板5、電纜接頭6、補(bǔ)充接收電極7、中間電極8、絕緣環(huán)9、檢測(cè)源10、集塵螺帽11、沖擊淘析器12、煙塵旋風(fēng)分離罩13、檢測(cè)電離室14、三通吸氣管15、報(bào)警燈16、中隔盤(pán)17、壓環(huán)18、偏心軸19、氣泵20、無(wú)刷電機(jī)21、手把22；及圖2中的自檢按鈕23、復(fù)位按鈕24等部分以及密封件、緊固件組成。
本實(shí)用新型的裝配方式
在圖1中銘牌2和手把22用鉚釘鉚在上外罩1上。上外罩1的邊緣因套在其上的壓環(huán)18的螺紋與中隔盤(pán)17連結(jié)而被壓緊在中隔盤(pán)17上。補(bǔ)償電離室3、中間電極8、檢測(cè)電離室14、無(wú)刷電機(jī)21、電纜接頭6、報(bào)警燈16、自檢按鈕23、復(fù)位按鈕24等均各有導(dǎo)線焊接在印制電路板5上，印制電路板5再用螺釘固定在中隔盤(pán)17上部。
在檢測(cè)源10上裝入補(bǔ)充接收電極7及絕緣環(huán)9，在補(bǔ)償源4上套入絕緣環(huán)9和中間電極8后，從上至下穿過(guò)中隔盤(pán)17的中心孔，與位于中隔盤(pán)17下方的檢測(cè)源10等用螺紋連接在一起，再將檢測(cè)電離室14從下方用螺釘固定在中隔盤(pán)17上。它們與印制電路板5上的補(bǔ)償電離室3裝配在一起就構(gòu)成了檢測(cè)、補(bǔ)償雙電離室。
三通吸氣管15的兩端吸氣管通過(guò)中隔盤(pán)17開(kāi)口在檢測(cè)電離室14內(nèi)，另一端管口用軟管與氣泵20相連。氣泵20用偏心軸19與無(wú)刷電機(jī)21相連，并用螺釘固定在無(wú)刷電機(jī)21上。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)1.第二級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)，由圖1中的檢測(cè)電離室14和沖擊淘析器12組成。圖4即為第2級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)。沖擊淘析器由沖擊淘析架37、沖擊板A38、沖擊板B39、沖擊板C40，及3個(gè)相同厚度的隔離園環(huán)41和螺釘42組成。各沖擊板與隔離園環(huán)外徑相同。裝配順序是沖擊板B39、隔離園環(huán)41、沖擊板A38、隔離園環(huán)41、沖擊板C40、隔離園環(huán)41、沖擊板A38依次裝入沖擊淘析架37構(gòu)成沖擊淘析器，再用螺釘42把沖擊淘析架37和檢測(cè)電離室36(即圖1中的14、以下同)連結(jié)成一體。其功能是使環(huán)境中的含塵煙氣被吸入檢測(cè)電離室36之前，在第二級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)中經(jīng)過(guò)各級(jí)沖擊板，由于微粒的慣性碰撞及布朗擴(kuò)散的粒度分級(jí)原理使粒徑大于10微米的粉塵不能進(jìn)入檢測(cè)電離室36，而大量比重輕、具有亞微粒子特點(diǎn)的火災(zāi)煙塵(其中大部分粒徑為0.6μm左右)因作布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)可被吸入檢測(cè)電離室36，從而實(shí)現(xiàn)了粉塵和煙塵的分離。排除了粉塵對(duì)檢測(cè)煙塵的干擾。
圖5是檢測(cè)電離室43，由不銹鋼薄片沖制呈杯形結(jié)構(gòu)，下部有特定的錐角a，底面中心部份為一向上凸起的園臺(tái)，在此園臺(tái)內(nèi)開(kāi)有若干個(gè)均布的園形吸氣孔；在檢測(cè)電離室43上部邊緣上開(kāi)有均布的方形缺口，便于與圖1中的中隔盤(pán)17用螺釘連接。在檢測(cè)電離室43底部均布地焊有內(nèi)螺紋的螺柱，便于與圖4中的沖擊淘析架37連接。煙塵可由吸氣孔而進(jìn)入檢測(cè)電離室43內(nèi)部。
圖6是沖擊淘析架44。它的形狀如同一個(gè)內(nèi)部具有階梯形狀的盆，上方開(kāi)口直徑略大于各沖擊板及隔離園環(huán)的外徑。盆底中心有一個(gè)具有錐度的孔，盆邊緣上有均布的方形槽，便于與圖5中的檢測(cè)電離室43用螺釘連接成一體。
圖7是沖擊板A45。它是一個(gè)具有中心園孔的薄園片，中心園孔與外徑具有一定的比例。
圖8是沖擊板B46。它是一個(gè)具有均布腰形孔的薄園片，腰形孔的各園弧直徑與外徑具有一定的比例。
圖9是沖擊板C47。它是一個(gè)具有均布腰形孔的薄園片，腰形孔的各園弧直徑與外徑具有比例關(guān)系。但其形狀和比例與圖8的沖擊板B46不同。
2.第一級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)由煙塵旋風(fēng)分離罩13、中隔盤(pán)17、檢測(cè)電離室14、沖擊淘析器12和集塵螺帽11組成。
煙塵旋風(fēng)分離罩13用下部的螺紋與集塵螺帽11旋緊，并使煙塵旋風(fēng)分離罩13上的鏈條另一端用螺釘固定在集塵螺帽11上；它的上端開(kāi)口處與中隔盤(pán)17下部相配合的螺紋相接。這樣在煙塵旋風(fēng)分離罩13和中隔盤(pán)17、檢測(cè)電離室14、沖擊淘析器12之間的位置為粉塵、煙塵旋風(fēng)分離空間。
圖10為煙霧探測(cè)裝置中第一級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)的主要零件煙塵旋風(fēng)分離外罩48。其內(nèi)部呈兩端開(kāi)口的園柱漏斗形，下部有特定的錐度，內(nèi)表面極為光滑，便于粉塵下滑。在園柱形上部均布有若干個(gè)與園柱的母線及底平面成一定α角度的吸氣孔，含有粉塵及煙塵的環(huán)境氣體被吸入后則可形成具有一定離心力的旋風(fēng)，使粉塵沿此外罩的內(nèi)表面下滑到圖1中的集塵螺帽11中，而煙塵則在此外罩的中心部分往上升，從而經(jīng)過(guò)圖1中的沖擊淘析器12而進(jìn)入檢測(cè)電離室14內(nèi)。在園錐臺(tái)下部有一園盤(pán)，可以防水。此外罩的上下兩端外部均有螺紋便于與圖1中隔盤(pán)17及集塵螺帽11連接。
3.圖3為煙霧探測(cè)裝置的電路原理方框圖。由極性保護(hù)電路25、穩(wěn)壓電路26、檢測(cè)電路27、補(bǔ)償電路28、信號(hào)處理電路29、比較觸發(fā)電路30、信號(hào)保持電路31、信號(hào)輸出電路32、模擬自檢電路33、警報(bào)解除電路34、報(bào)警確認(rèn)電路35等組成。該裝置為本質(zhì)安全型。
圖11為煙霧探測(cè)裝置的電路原理圖。由具有一定特點(diǎn)的信號(hào)處理電路49、模擬自檢電路50、警報(bào)解除電路51等部分組成。其各部分由虛線方框所示。
信號(hào)處理電路49由圖1中的檢測(cè)源9、檢測(cè)電離室14、補(bǔ)充接收電極7、補(bǔ)償源4、補(bǔ)償電離室3及有高度絕緣屏蔽保護(hù)的中間電極8組成信號(hào)檢測(cè)單元。其中間電極8能取出隨煙霧變化而引起的電離電流變化的微弱電信號(hào)，同時(shí)輸入到兩個(gè)F3140高阻運(yùn)算放大器N1、N2中。
圖11中的F3140高阻運(yùn)算放大器N2的電路連接方式采用輸出端與信號(hào)輸入端連接，能將輸入的原始電信號(hào)通過(guò)同相運(yùn)算處理后直接反饋到F3140高阻運(yùn)算放大器N1的同相輸入端，并在該端的四周形成一個(gè)與輸入電壓信號(hào)等值變化的電壓區(qū)域，對(duì)輸入電信號(hào)實(shí)現(xiàn)有源保護(hù)。(具體連接方式見(jiàn)圖13)。
圖11中的F3140高阻運(yùn)算放大器N1與LM324低功耗運(yùn)算放大器N3及有關(guān)匹配電阻、電容等組成了阻抗變換和前置放大電路，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)檢測(cè)電路與后級(jí)電路間的阻抗匹配變換，進(jìn)一步抑制了雜散電流對(duì)輸入信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的前置放大。
模擬自檢電路50由圖1中的檢測(cè)源9、補(bǔ)償源4、中間電極8、圖2中的自檢按鈕23及電阻等組成。能在自檢按鈕按下后，將框圖50中1MΩ電阻與中間電極8取出信號(hào)的屏蔽信號(hào)接通，使比較電位下降到與有煙霧時(shí)中間電極8取出的電信號(hào)相同，即是說(shuō)人為地為信號(hào)處理電路及各后級(jí)電路提供超限報(bào)警電信號(hào)。用以簡(jiǎn)便地檢查煙霧探測(cè)裝置除信號(hào)檢測(cè)電路之外的各級(jí)電路能否正常工作。
警報(bào)解除電路51由圖1中的報(bào)警燈16，圖2中復(fù)位按鈕24及部分信號(hào)保持電路中的三極管V10、C4及其它阻容器件組成。在煙霧探測(cè)裝置報(bào)警狀態(tài)下，按下復(fù)位按鈕24則使整機(jī)電源負(fù)與信號(hào)保持電路的有關(guān)線路接通，使處于維持報(bào)警信號(hào)狀態(tài)的V10截止，從而使報(bào)警電路停止工作，報(bào)警燈熄滅。整機(jī)電路重新恢復(fù)到未報(bào)警時(shí)的正常監(jiān)視檢測(cè)狀態(tài)。即是說(shuō)，能在消除火災(zāi)災(zāi)情后或?yàn)榱私獬M自檢報(bào)警狀態(tài)而人為地恢復(fù)本裝置的正常監(jiān)視工作狀態(tài)。
圖12為信號(hào)處理電路，由雙點(diǎn)劃線區(qū)分出的信號(hào)檢測(cè)單元52、阻抗變換及有源保護(hù)單元53、前置放大單元54組成。
信號(hào)檢測(cè)單元52的功能是當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生初期由陰燃火或明火先期釋放出的亞微粒子時(shí)，能產(chǎn)生一個(gè)隨煙霧變化的相應(yīng)電壓信號(hào)送往阻抗變換及有源保護(hù)單元。
阻抗變換及有源保護(hù)單元53的功能是在完成檢測(cè)單元52與前置放大單元54間高阻到低阻的阻抗匹配變換并將從檢測(cè)單位52中拾取的隨煙霧變化的原始電壓信號(hào)送往前置放大單元54的同時(shí)，將該原始電壓信號(hào)以全反饋的方式直接反饋到阻抗變換的同相信號(hào)輸入端，在該端的四周形成一個(gè)與隨煙霧變化的原始電壓信號(hào)呈等值變化的電壓區(qū)域，有效地抑制外界雜散信號(hào)的干擾，形成有源保護(hù)。亦有效地排除了外界對(duì)微弱電信號(hào)的干擾，大大提高了信號(hào)的檢測(cè)靈敏度及傳輸精度和可靠性。
前置放大單元54的功能是對(duì)來(lái)自阻抗變換及有源保護(hù)單元53的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理。
圖13為阻抗變換及有源保護(hù)單元。由兩個(gè)C5、C6電容55、兩個(gè)相同的F3140(N1、N2)集成運(yùn)算放大器56、57、限流電阻58和連接導(dǎo)線上的連接點(diǎn)59、60、61、62、63、64、65、66、67、68等組成。
信號(hào)處理電路的連接方式是限流電阻58跨接在F3140(N1)運(yùn)算放大器57的反相輸入端59和此運(yùn)算放大器57的輸出端64之間。
從F3140(N1)運(yùn)算放大器57的反相輸入端59引出導(dǎo)線至本運(yùn)算放大器57的同相輸入端63附近制成一個(gè)導(dǎo)線園環(huán)62；把F3140(N2)運(yùn)算放大器56的輸出端68與它本身的反相輸入端66及交點(diǎn)65相連，然后把由交點(diǎn)65處引出的抽頭引至F3140(N1)運(yùn)算放大器57的同相輸入端63附近制成導(dǎo)線園環(huán)61。使信號(hào)輸入線60的一頭從園環(huán)61及園環(huán)62中穿過(guò)后再接到F3140(N1)運(yùn)算放大器57的同相輸入端63上；同時(shí)信號(hào)輸入線60的另一頭直接與F3140(N2)運(yùn)算放大器56的同相輸入端67相連接。采用該連接方式后，即可實(shí)現(xiàn)前述阻抗變換及有源保護(hù)的有效功能。
本實(shí)用新型的工作原理煙霧探測(cè)裝置檢測(cè)火災(zāi)煙霧是利用圖1中的無(wú)刷電機(jī)21驅(qū)動(dòng)氣泵20將含有煙塵及一般粉塵的環(huán)境空氣吸入煙塵旋風(fēng)分離罩13，經(jīng)過(guò)第一級(jí)煙塵、粉塵分離機(jī)構(gòu)除去粗大的粉塵粒子后，再經(jīng)過(guò)沖擊淘析器12，第二級(jí)煙塵、粉塵分離機(jī)構(gòu)除去微小的粉塵，只允許極細(xì)微的煙塵進(jìn)入檢測(cè)電離室14。位于雙電離室中的檢測(cè)源9和補(bǔ)償源4是煙塵敏感元件，其上的放射性同位素镅——241源片所發(fā)射的α射線能使空氣電離，在無(wú)煙時(shí)維持一平衡的電離電流，并使中間電極8保持一定電位。當(dāng)環(huán)境空氣中含有火災(zāi)燃燒生成物空氣氣溶膠及煙霧時(shí)，由于火災(zāi)產(chǎn)生的微粒具有輕而細(xì)的亞微粒子特點(diǎn)(粒徑為0.01～10μm)，可以進(jìn)入到檢測(cè)電離室14而改變其電離電流的大小，從而改變中間電極8的電位并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)各級(jí)電路處理后，探測(cè)裝置上報(bào)警燈16亮，同時(shí)可向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控及遙測(cè)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1.由于在信號(hào)處理電路中采用了有源保護(hù)等特殊的連接方式，有效地排除了雜散信號(hào)的干擾，大大提高了探測(cè)火災(zāi)煙霧的靈敏度，縮短了報(bào)警響應(yīng)時(shí)間。能在火災(zāi)陰燃階段實(shí)現(xiàn)早期預(yù)報(bào)。
2.本裝置由于具有二級(jí)煙塵、粉塵分離機(jī)構(gòu)，能克服一般國(guó)內(nèi)外同類(lèi)儀器難以區(qū)分粉塵和煙塵的特點(diǎn)，能排除粉塵干擾，避免非火災(zāi)誤報(bào)，工作可靠性高。
3.本裝置屬于本質(zhì)安全型，在易燃易爆的氣體、粉體及潮濕惡劣的環(huán)境中能安全使用，進(jìn)行監(jiān)控和遙測(cè)。
4.設(shè)有模擬自檢及警報(bào)解除等有關(guān)裝置，可以簡(jiǎn)便地在現(xiàn)場(chǎng)檢查及恢復(fù)探測(cè)裝置的工作狀態(tài)，易于操作維護(hù)。
權(quán)利要求1.本實(shí)用新型是一種煙霧探測(cè)裝置，其特征是它由上外罩、銘牌、補(bǔ)償電離室、補(bǔ)償源、印制電路板、電纜接頭、補(bǔ)充接收電極、中間電極、絕緣環(huán)、檢測(cè)源、集塵螺帽、沖擊淘析器、煙塵旋風(fēng)分離罩、檢測(cè)電離室、三通吸氣管、報(bào)警燈、中隔盤(pán)、壓環(huán)、偏心軸、氣泵、無(wú)刷電機(jī)、手把、自檢按鈕、復(fù)位按鈕等部份以及密封件、緊固件組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煙霧探測(cè)裝置，其特征是第二級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)由檢測(cè)電離室、沖擊淘析器組成，沖擊淘析器由沖擊淘析架、沖擊板A、沖擊板B、沖擊板C、三個(gè)厚度相同的隔離園環(huán)及螺釘組成；各沖擊板與隔離園環(huán)的外徑相同；它們的裝配順序?yàn)闆_擊板B、隔離園環(huán)、沖擊板A、隔離園環(huán)、沖擊板C、隔離園環(huán)、沖擊板A依次裝入沖擊淘析架，再用螺釘把沖擊淘析架和檢測(cè)電離室連接成一體；檢測(cè)電離室呈杯形結(jié)構(gòu)，下部有特定的錐角，底面中心部分為一向上凸起的園臺(tái)，園臺(tái)內(nèi)開(kāi)有若干個(gè)均布的園形吸氣孔；沖擊淘析架的形狀呈階梯盆形狀，盆底中心有一個(gè)具有錐度的孔，盆緣上有均布的方形槽；沖擊板A是一個(gè)具有中心園孔的薄園片，中心園孔與外徑具有一定的比例，沖擊板B和沖擊板C都是具有均布腰形孔的薄園片，腰形孔的各園弧直徑與外徑具有一定的比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煙霧探測(cè)裝置，其特征是第一級(jí)煙塵分離機(jī)構(gòu)由煙塵旋風(fēng)分離罩、中隔盤(pán)、檢測(cè)電離室，沖擊淘析器及集塵螺帽組成；煙塵旋風(fēng)分離外罩內(nèi)部呈園柱漏斗形，下端有特定的錐度、在園柱形上部均布有若干個(gè)與園柱的母線及底平面成一定角度的吸氣孔；在園錐臺(tái)下部有一園盤(pán)，煙塵旋風(fēng)分離外罩的上下端外部均有螺紋。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為煙霧探測(cè)裝置。由上外罩、銘牌、補(bǔ)償電離室、補(bǔ)償源、印制電路板、電纜接頭、補(bǔ)充接收電極、中間電極、絕緣環(huán)、檢測(cè)源、集塵螺帽，沖擊淘析器、煙塵旋風(fēng)分離罩、檢測(cè)電離室、三通吸氣管、報(bào)警燈、中隔盤(pán)、壓環(huán)，偏心軸、氣泵、無(wú)刷電機(jī)、手把、自檢按鈕、復(fù)位按鈕等部分以及密封件、緊固件組成。實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境中對(duì)火災(zāi)進(jìn)行可靠的探測(cè)和早期預(yù)報(bào)。從而保證生產(chǎn)、設(shè)備及人身安全。
文檔編號(hào)G08B17/10GK2078000SQ90212768
公開(kāi)日1991年5月29日 申請(qǐng)日期1990年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月16日
發(fā)明者謝天羽, 王衛(wèi)軍, 龐波, 谷守碌 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶分院