устройство для измерения температуры

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее источник питания с включателем, встроенный и выносной датчики температуры, ключ, преобразователь температуры в электрический сигнал, блок управления, оперативное запоминающее устройство, дешифратор, блок индикации и блок звуковой сигнализации, причем первый выход встроенного датчика температуры связан с нормально-замкнутым контактом ключа, а второй выход встроенного датчика соединен со вторым выходом выносного датчика температуры, первый выход которого связан с нормально разомкнутым контактом ключа, третий контакт которого подсоединен к первому входу преобразователя, второй вход которого соединен со вторыми выходами датчиков, а выход дешифратора соединен со входом блока индикации, отличающееся тем, что в него введены первый переключатель из режима "движение" в режим "пребывание" и второй переключатель из режима "движение по горизонту" в режим "движение под уклон", постоянное запоминающее устройство, арифметическо-логическое устройство и блок времени, причем к первому, второму и третьему входам арифметическо-логического устройства подсоединены соответственно выход преобразователя, первый выход блока управления и первый выход блока времени, вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а второй выход блока времени связан со вторым входом блока звуковой сигнализации, к первому входу которого подсоединен первый выход арифметическо-логического устройства, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первыми входами постоянного и оперативного запоминающих устройств, а второй выход арифметическо-логического устройства подключен ко входу дешифратора, при этом первый и второй выходы первого и второго переключателей подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам блока управления, а третьи выходы соединены между собой и подключены к положительной шине источника питания, при этом второй и третий входы блока управления соединены с включателем источника питания, а оперативное запоминающее устройство имеет выход для связи, например, с компьютером.

2. Устройство для измерения температуры по п.1, отличающееся тем, что выход оперативного запоминающего устройства соединен через блок сопряжения с персональным компьютером.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при проведении горноспасательных работ в угольных, сланцевых шахтах или иных условиях, где возникают зоны высоких температур (ЗВТ).

При работе в таких условиях необходимо постоянно контролировать температуру окружающей среды и не только по профилю выработки, но и куполах шахты на высоте до 3,5 м, т.к. там труднее всего обнаружить возникновение эндогенного пожара. Измерение температуры необходимо для контроля оставшегося времени движения вперед или пребывания в ЗВТ.

Известна методика расчета этих параметров, представленная в Уставе Военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ) /1/. Измерение температуры производилось стеклянными жидкостными термометрами и по формулам Устава ВГСЧ определялось оставшееся время движения или пребывания горноспасателей в ЗВТ. Расчет производился командиром отделения горноспасателей в лучшем случае на калькуляторе. Все расчеты при этом ведутся по значению T_max, которое необходимо постоянно фиксировать. Этот способ неудобен, трудоемок, недостоверен, т.к. при таком способе измерения можно пропустить значение T_max. Кроме того, стеклянные термометры из-за своей хрупкости ненадежны в эксплуатации. И это при том, что работы ведутся в аварийной ситуации в крайне тяжелых условиях. Известно устройство для измерения температуры в угольных и сланцевых шахтах ТГО-1, содержащее два датчика температуры, один из которых встроен в электронный блок, а второй - выносной в виде телескопической антенны, подключенный к электронному блоку через соединительный кабель и разъем, преобразователь температуры в электрический сигнал, стабилизатор тока, дифференциальный усилитель, коммутирующее устройство, оперативное запоминающее устройство ОЗУ, блок управления, АЦП, дешифратор, блок индикации, блок звуковой сигнализации и автономный источник питания /2/.

Это устройство измеряет температуру окружающей среды встроенным датчиком и температуру в куполах шахты высотой до 3,5 м выносным датчиком, при экстремально высоких температурах по команде горноспасателя запоминает одно значение температуры (возможно и T_max), выдает звуковой сигнал при T_max 40^oC, позволяет хранить в памяти записанную информацию не менее 24 час.

Недостатками данного устройства являются невозможность автоматического определения и фиксации в памяти максимального значения температуры, отсутствие предупреждающего сигнала о входе в ЗВТ, оно не позволяет автоматически производить расчет оставшегося времени движения вперед или пребывания в ЗВТ, и эти расчеты выполняются командиром отделения так же, как и в /1/, на что расходуется значительная часть времени его пребывания в ЗВТ, отсутствие сигналов тревоги о немедленном возвращении при значениях рассчитанных времен, равных нулю. Оно не позволяет также контролировать динамику изменения температур как необходимый параметр оценки аварийной ситуации.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее источник питания с включателем, встроенный и выносной датчики температуры, ключ, преобразователь температуры в электрический сигнал, блок управления, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), дешифратор, блок индикации и блок звуковой сигнализации, причем первый выход встроенного датчика температуры связан с нормально замкнутым контактом ключа, а второй выход соединен со вторым выходом выносного датчика температуры, первый выход которого связан с нормальноразомкнутым контактом ключа, третий контакт которого подсоединен к первому входу преобразователя, второй вход которого соединен со вторыми выходами датчиков, а выход дешифратора подключен ко входу блока индикации, введены первый переключатель из режима "движение" в режим "пребывание" и второй переключатель из режима "движение по горизонту" в режим "движение под уклон", постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ) и блок времени. При этом к первому, второму и третьему входам АЛУ подсоединены выход преобразователя, первый выход блока управления и первый выход блока времени, вход которого соединен со вторым выходом блока управления, а второй выход - со вторым входом блока звуковой сигнализации, к первому входу которого подсоединен выход АЛУ, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первыми входами ПЗУ и ОЗУ, а второй выход АЛУ подключен ко входу дешифратора, при этом первые и вторые выходы первого и второго переключателей подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам блока управления, второй и третий входы которого соединены с включателем питания, а третьи выходы первого и второго переключателей подключены к положительной шине источника питания. Кроме того, ОЗУ имеет выход для связи через блок сопряжения с персональным компьютером (ПК).

Данное техническое решение является новым, потому что представленная совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники. Технический результат заявляемого решения заключается в том, что устройство непрерывно измеряет температуру окружающей среды, в том числе и в куполах шахты, выявляет максимальное значение температуры и по его значению рассчитывает оставшееся время движения и(или) время пребывания горноспасателей в ЗВТ, учитывая при этом режимы движения. Это явным образом не выявляется из существующего уровня техники. Предлагаемое изобретение также промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит встроенный датчик 1 для измерения текущей температуры, выносной телескопический датчик 2 для измерения температуры на высоте до 3 метров, ключ 3, преобразователь 4 температуры в электрический сигнал, автономный источник 5 питания с включателем, первый переключатель 6 из режима "движение" в режим "пребывание", второй переключатель 7 из режима "движение по горизонту" в режим "движение под уклон" более 10^oC, блок 8 управления, ПЗУ 9, ОЗУ 10, АЛУ 11, блок 12 времени, блок 13 сопряжения с ПК, дешифратор 14, блок 15 индикации, блок 16 звуковой сигнализации и ПК 17. Блок 13 сопряжения и ПК 17 непосредственно не входят в состав устройства, которое может функционировать автономно от них. Перечисленные элементы соединены между собой следующим образом: первый выход встроенного датчика 1 температуры связан с нормально замкнутым контактом ключа 3, а второй выход - со вторым выходом выносного датчика 2 температуры, первый выход которого соединен с нормально разомкнутым контактом ключа 3, третий (общий) вход которого связан с первым входом преобразователя 4, второй вход которого соединен со вторыми выходами датчиков 1, 2, при этом к первому, второму и третьему входам АЛУ 11 подсоединены соответственно выход преобразователя 4, первый выход блока 8 управления и первый выход блока 12 времени, вход которого соединен со вторым выходом блока 8 управления, а второй выход связан со вторым входом блока 16 звуковой сигнализации, к первому входу которого подсоединен первый выход АЛУ 11, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первыми входами ПЗУ 9 и ОЗУ 10. Второй выход АЛУ 11 подключен ко входу дешифратора 14, выход которого соединен со входом блока 15 индикации. При этом первые и вторые выходы первого 6 и второго 7 переключателей подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам блока 8 управления, второй и третий входы которого соединены с включателем источника 5 питания, а третьи выходы первого 6 и второго 7 переключателей соединены с положительной шиной источника питания. Выход ОЗУ 10 подключен ко входу блока 13 сопряжения, который соединен с ПК 17 двунаправленной шиной.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения от автономного источника 5 питания через включатель на блок 8 управления последний запускает блок 12 времени и все устройство. Через единицу времени t, равную, например, 1 мин, информация о температуре T_тек записывается в ОЗУ 10. T_тек - температура окружающего воздуха в данный момент времени. Первое значение T_тек заносится в ОЗУ 10 в специальную ячейку памяти T_max. Все последующие измеренные значения T_тек сравниваются со значением, записанным в данной ячейке, и если T_тек > T_max, то уже это значение T_тек записывается в эту ячейку как T_max. Далее в АЛУ 11 значение T_max, зафиксированное в ячейке памяти, сравнивается с 27^oC и, если T_max 27^oC, то это означает нахождение в ЗВТ, и, следовательно, необходимо контролировать время движения или пребывания. При этом из таблицы Устава ВГСЧ, записанной в ПЗУ 9, в соответствии со значением T_max, выбираются времена предельно допустимого пребывания и предельно допустимого движения в ЗВТ (соответственно t_T1 и t_T2). Кроме того, при T_max 27^oC по сигналу из АЛУ 11 выдается 3-5 звуковых сигналов предупреждения о нахождении в ЗВТ. Затем анализируется изменение температуры во времени: если T_тек повысилась на 3^oC и более за 5 мин, то по сигналу из АЛУ 11 блок 16-звуковой сигнализации выдает многократный (не менее 10 раз) звуковой сигнал тревоги.

Если динамика изменения температуры другая, то анализируется, в какой режим работы установлен первый переключатель 6. Если он находится в положении "движение", то анализируется положение второго переключателя 7: "движение по горизонту" или "движение под уклон" более 10^o. Если переключатель 7 находится в положении "движение под уклон" более 10^o, то блоком 8 управления вырабатывается сигнал, поступающий на второй вход АЛУ 11, по которому включается счетчик времени t_нак. Если хотя бы один раз включался переключатель 7 в положение "движение под уклон" более 10^o, расчет оставшегося времени движения вперед производится по формуле

t_дв.в = (t_T2 - (t_ф.н + 2t_ф.г + 3t_нак))/3 - (t_ф.п.р t_T2)/3t_T1, (1)

где t_ф.н - время движения при нормальных условиях по горизонтальной поверхности;

t_ф.г - время движения в ЗВТ по горизонтальной поверхности;

t_нак - время движения под уклон более 10^o в ЗВТ;

t_ф.пр - время пребывания в ЗВТ (без движения вперед).

Результат расчета сравнивается с нулем. Если t_дв.в 0, то из АЛУ 11 в блок 16 звуковой сигнализации выдается команда на выдачу многократного (не менее 10 раз) звукового сигнала тревоги о немедленном возвращении. При выполнении условия t_дв.в > 0 результат расчета через дешифратор 14 отображается в блоке 15 индикации поочередно с T_тек. При отсутствии движения под уклон более 10^o, т.е. при нахождении переключателя 7 в положении "движение по горизонту" АЛУ 11 включает счетчик времени t_ф.г, и t_дв.в рассчитывается по формуле

t_дв.в = (t_T2-(t_ф.н - t_ф.г))/2-5t_ф.пр. t_T2/2t_T1. (2)

Результат расчета сравнивается с нулем и, если t_дв.в 0, то выдается звуковой сигнал тревоги. Если же t_дв.в > 0, то результат расчета отображается на блоке 15 индикации поочередно с результатом измерения T_тек. Если переключатель 6 находится в положении "пребывание" (или отсутствие движения вперед), то по выданному из блока 8 управления сигналу в АЛУ 11 включается счетчик времени t_ф.пр.T, затем рассчитывается t_дв.в.г или t_{дв.в.нак} (в зависимости от того, в каком положении находится переключатель 7). В соответствии с вышеизложенным оставшееся время пребывания в ЗВТ рассчитывается по одной из двух формул:

t_пр=2t_дв.в.г < t_T1/t_T2 (3)

или

t_пр=3t_{дв.в.нак} t_T1/t_T2. (4)

Результаты расчета t_пр и текущее значение температуры T_тек отображаются поочередно на блоке 15 индикации.

При подключенном выносном датчике 2 температуры на блоке 15 индикации отображаются поочередно значения температуры, измеренные этим датчиком, и оставшееся время пребывания или время движения вперед.

Информация о температуре, измеренной как выносным, так и встроенным датчиками, заносится в память с интервалом в 1 минуту, однако все расчеты времени движения или пребывания производятся только по результатам измерения температуры встроенным датчиком.

После окончания измерений устройство позволяет через блок 13 сопряжения переписать информацию из ОЗУ 10 в память ПК 17, после обработки в котором можно получить подробную информацию о времени прохождения и температурном режиме на маршруте при проведении горноспасательных работ. Данная информация имеет огромное значение для очередного отделения горноспасателей, идущих в зону аварийно спасательных работ.

Использованные источники информации

1. Устав военизированной горноспасательной части (ВГСЧ) по организации и ведению горноспасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности. - М., 1997. 201 с.

2. Термометр электронный ТГО-1. Паспорт 529.00.000ПС. ТУ 4321-003-05030170-95.