煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控作業(yè)培訓(xùn)

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2 第七章第七章 礦用分站、礦用信息傳礦用分站、礦用信息傳 輸接口與礦用電源輸接口與礦用電源 3 第八章第八章 甲烷超限報警斷電裝置甲烷超限報警斷電裝置 5 第十章第十章 安全監(jiān)控儀器的安裝安全監(jiān)控儀器的安裝 2021/7/3 1 6 第十一章第十一章 安全監(jiān)控設(shè)備的日常安全監(jiān)控設(shè)備的日常 維護、調(diào)試維護、調(diào)試 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 2 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 第二節(jié)第二節(jié) 礦用風速傳感器礦用風速傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 第

2、五節(jié)第五節(jié) 礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器 第六節(jié)第六節(jié) 礦用煙霧傳感器礦用煙霧傳感器 第七節(jié)第七節(jié) 風門開關(guān)傳感器風門開關(guān)傳感器 第八節(jié)礦用風筒開關(guān)傳感器第八節(jié)礦用風筒開關(guān)傳感器 第九節(jié)礦用機電設(shè)備開停傳感器第九節(jié)礦用機電設(shè)備開停傳感器 第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器 第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器 第十二節(jié)便攜式甲烷檢測報警儀第十二節(jié)便攜式甲烷檢測報警儀 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 3 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到 的信息，按一定

3、規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出， 以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄。以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄。 傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件、測量電路以及輔助電源等部傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件、測量電路以及輔助電源等部 分組成，如圖分組成，如圖6-1所示。所示。 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 4 常見的測量電路由放大器、電橋、振蕩器、電荷放大常見的測量電路由放大器、電橋、振蕩器、電荷放大 器等組成器等組成;它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。傳感器輸出它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。傳感器輸出

4、信號有電壓、電流、頻率、脈沖等多種形式。信號有電壓、電流、頻率、脈沖等多種形式。 礦用傳感器主要用于礦并環(huán)境參數(shù)和礦井工況參數(shù)的礦用傳感器主要用于礦并環(huán)境參數(shù)和礦井工況參數(shù)的 監(jiān)測。礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉監(jiān)測。礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉 塵濃度、環(huán)境溫度、風量、風壓、一氧化碳濃度、二氧化塵濃度、環(huán)境溫度、風量、風壓、一氧化碳濃度、二氧化 碳濃度和硫化氫濃度。礦井工況監(jiān)測參數(shù)主要有設(shè)備開停碳濃度和硫化氫濃度。礦井工況監(jiān)測參數(shù)主要有設(shè)備開停 、風筒風量、風門開關(guān)、輸送機開停、煤倉煤位、采煤機、風筒風量、風門開關(guān)、輸送機開停、煤倉煤位、采煤機 組位置、排水系統(tǒng)

5、、壓風系統(tǒng)、主要通風機工作狀況等參組位置、排水系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、主要通風機工作狀況等參 數(shù)。數(shù)。 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 5 礦用傳感器分類：礦用傳感器分類： 根據(jù)測量原理可分為電位計式、應(yīng)變式、電容式、電感根據(jù)測量原理可分為電位計式、應(yīng)變式、電容式、電感 式、壓電式、磁電式、光敏式、霍爾式、光纖式、氣敏式式、壓電式、磁電式、光敏式、霍爾式、光纖式、氣敏式 和智能式等和智能式等; 根據(jù)輸入物理量可分為位移傳感器、壓力傳感器、速度根據(jù)輸入物理量可分為位移傳感器、壓力傳感器、速度 傳感器、溫度傳感器及氣體濃度傳感器等傳感器、溫度傳感器及氣體濃度傳感器等; 根據(jù)輸出信號的

6、性質(zhì)可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感根據(jù)輸出信號的性質(zhì)可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感 器，即模擬式傳感器輸出模擬信號和數(shù)字式傳感器輸出數(shù)器，即模擬式傳感器輸出模擬信號和數(shù)字式傳感器輸出數(shù) 字信號。字信號。 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 6 礦用傳感器應(yīng)符合國家有關(guān)標準和行業(yè)標準的要求礦用傳感器應(yīng)符合國家有關(guān)標準和行業(yè)標準的要求; 用用 于安全監(jiān)控的礦用傳感器防爆型式應(yīng)為本質(zhì)安全型，載體于安全監(jiān)控的礦用傳感器防爆型式應(yīng)為本質(zhì)安全型，載體 催化式甲烷傳感器其防爆型式可采用隔爆兼本質(zhì)安全型。催化式甲烷傳感器其防爆型式可采用隔爆兼本質(zhì)安全型。 礦用傳感器一般應(yīng)具有顯示功能，顯示應(yīng)

7、清楚準確。礦用傳感器一般應(yīng)具有顯示功能，顯示應(yīng)清楚準確。 具有報警功能的礦用傳感器，其報警點應(yīng)能在測量范圍任具有報警功能的礦用傳感器，其報警點應(yīng)能在測量范圍任 意設(shè)定，報警聲級強度在距其意設(shè)定，報警聲級強度在距其1m遠處的聲響信號的聲壓級遠處的聲響信號的聲壓級 應(yīng)不小于應(yīng)不小于80 dB(A)，光信號在，光信號在20 m遠處清晰可辨。遠處清晰可辨。 礦用傳感器應(yīng)在礦用傳感器應(yīng)在9一一24 V范圍內(nèi)工作，使用單芯截面范圍內(nèi)工作，使用單芯截面 積為積為1.5 mm2的電纜時，傳感器與分站之間的傳輸距離的電纜時，傳感器與分站之間的傳輸距離 不小于不小于2 km。礦用傳感器的工作穩(wěn)定性應(yīng)不小于。礦用傳

8、感器的工作穩(wěn)定性應(yīng)不小于15d。 傳感器應(yīng)具有采用遙控器調(diào)校的功能。傳感器應(yīng)具有采用遙控器調(diào)校的功能。 第六章第六章 礦用傳感器礦用傳感器 2021/7/3 7 礦用傳感器應(yīng)在礦用傳感器應(yīng)在9一一24 V范圍內(nèi)工作，使用單芯截面范圍內(nèi)工作，使用單芯截面 積為積為1.5 mm2的電纜時，傳感器與分站之間的傳輸距離的電纜時，傳感器與分站之間的傳輸距離 不小于不小于2 km。礦用傳感器的工作穩(wěn)定性應(yīng)不小于。礦用傳感器的工作穩(wěn)定性應(yīng)不小于15d。 傳感器應(yīng)具有采用遙控器調(diào)校的功能。傳感器應(yīng)具有采用遙控器調(diào)校的功能。 礦用傳感器應(yīng)能在下列條件下正常工作礦用傳感器應(yīng)能在下列條件下正常工作:溫度為溫度為0一

9、一40 ;相對濕度不大于相對濕度不大于98%;大氣壓力為大氣壓力為80一一116 kPa;風速風速 不大于不大于8 m/s;存儲溫度為存儲溫度為-40一一60。 礦用傳感器的輸出信號應(yīng)滿足下列要求：電流型為礦用傳感器的輸出信號應(yīng)滿足下列要求：電流型為1 1一一 5mA5mA或或4 4一一20mA20mA；頻率型為；頻率型為200-1000Hz,200-1000Hz,脈沖寬度大于脈沖寬度大于0.3ms0.3ms 的電流脈沖；數(shù)字信號的傳輸速率為的電流脈沖；數(shù)字信號的傳輸速率為1200bps, 2400bps. 1200bps, 2400bps. 4800bps,9600bps4800bps,96

10、00bps等。等。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 8 甲烷傳感器是甲烷傳感器是連續(xù)監(jiān)測連續(xù)監(jiān)測礦井環(huán)境中甲烷濃度的裝置礦井環(huán)境中甲烷濃度的裝置;具具 有有顯示顯示和和聲光報警聲光報警功能。功能。 目前煤礦使用目前煤礦使用甲烷傳感器主要有甲烷傳感器主要有煤礦用煤礦用低濃度低濃度載體催載體催 化式甲烷傳感器、甲烷抽放用熱導(dǎo)式化式甲烷傳感器、甲烷抽放用熱導(dǎo)式高濃度高濃度甲烷傳感器和甲烷傳感器和 煤礦用煤礦用高低濃度高低濃度甲烷傳感器甲烷傳感器3類類。 應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù)使用場所使用場所、測量范圍測量范圍和和測量精度測量精度等要求等要求選擇選擇不不 同檢測原理的甲烷傳感器。同檢測原理

11、的甲烷傳感器。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 9 一、煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器一、煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器 1.煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的測量原理煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的測量原理 低濃度載體催化式甲烷傳感器普遍用于檢測井下甲烷低濃度載體催化式甲烷傳感器普遍用于檢測井下甲烷 氣體濃度。氣體濃度。 由檢測元件由檢測元件(黑元件黑元件)和補償元件和補償元件(白元件白元件)組成。組成。 補償元件與檢測元件的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，補償元件補償元件與檢測元件的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，補償元件 表面沒有催化劑，補償元件與檢測元件配對使用，在電橋表面沒有催化劑，補償元件

12、與檢測元件配對使用，在電橋 電路中對環(huán)境溫度、濕度等引起的不平衡起補償作用的元電路中對環(huán)境溫度、濕度等引起的不平衡起補償作用的元 件。件。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 10 檢測元件是電阻值與空氣中甲烷濃度成對應(yīng)關(guān)系的載體檢測元件是電阻值與空氣中甲烷濃度成對應(yīng)關(guān)系的載體 催化元件催化元件;由鉑絲線圈、三氧化二鋁由鉑絲線圈、三氧化二鋁(A12O3)載體和表面的載體和表面的 催化劑組成，其中三氧化二鋁載體用來固定鉑絲線圈，增強催化劑組成，其中三氧化二鋁載體用來固定鉑絲線圈，增強 元件的機械強度。涂在元件表面的鉑元件的機械強度。涂在元件表面的鉑(Pt)和鈀和鈀 (Pd)等重

13、金等重金 屬催化劑，使吸附在元件表面的甲烷無焰燃燒。屬催化劑，使吸附在元件表面的甲烷無焰燃燒。 鉑絲線圈用來給元件加溫，提供甲烷催化燃燒所需要的鉑絲線圈用來給元件加溫，提供甲烷催化燃燒所需要的 溫度，同時，甲烷燃燒放出的熱量使其升溫溫度，同時，甲烷燃燒放出的熱量使其升溫;通過測量其電阻通過測量其電阻 變化，就可測得空氣中甲烷濃度。變化，就可測得空氣中甲烷濃度。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 11 載體催化傳感器檢測原理如圖載體催化傳感器檢測原理如圖6-2所示。所示。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 12 當空氣中含有甲烷時，吸附在檢測元件表面的甲烷

14、在當空氣中含有甲烷時，吸附在檢測元件表面的甲烷在 檢測元件表面催化燃燒檢測元件表面催化燃燒;燃燒放出的熱量與甲烷濃度成正燃燒放出的熱量與甲烷濃度成正 比，在燃燒熱量的作用下，檢測元件溫度上升，檢測元件比，在燃燒熱量的作用下，檢測元件溫度上升，檢測元件 鉑絲電阻也隨之增大，因此，通過測量鉑絲電阻也隨之增大，因此，通過測量R的變化，測得的變化，測得 空氣中的甲烷濃度。空氣中的甲烷濃度。 2.煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的技術(shù)要求煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的技術(shù)要求 在甲烷濃度超過上限測量范圍時，具有保護載體催化在甲烷濃度超過上限測量范圍時，具有保護載體催化 元件的功能，此時傳感器的顯示值和輸

15、出信號值均維持在元件的功能，此時傳感器的顯示值和輸出信號值均維持在 甲烷超限狀態(tài)。甲烷超限狀態(tài)。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 13 報警點可在測量范圍內(nèi)任意設(shè)置，報警顯示值與設(shè)定報警點可在測量范圍內(nèi)任意設(shè)置，報警顯示值與設(shè)定 值的差值不超過士值的差值不超過士0.05%CH4。正常工作時其指示值的。正常工作時其指示值的 飄移量不超過士飄移量不超過士0.10%CH4。 在甲烷濃度為在甲烷濃度為0.00一一4.00%CH4范圍內(nèi)，當甲烷范圍內(nèi)，當甲烷 濃度保持恒定時，傳感器的顯示值或輸出信號值的變化量濃度保持恒定時，傳感器的顯示值或輸出信號值的變化量 不超過不超過0.04%

16、CH4。 傳感器響應(yīng)時間是甲烷濃度發(fā)生階躍變化時輸出達到傳感器響應(yīng)時間是甲烷濃度發(fā)生階躍變化時輸出達到 穩(wěn)定值穩(wěn)定值90%的時間的時間;其響應(yīng)時間不大于其響應(yīng)時間不大于20 s。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 14 傳感器在連續(xù)工作傳感器在連續(xù)工作15d的基本誤差應(yīng)不超過表的基本誤差應(yīng)不超過表6一一1 的規(guī)定。的規(guī)定。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 15 二、甲烷抽采二、甲烷抽采(放放)用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器 1.熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器的測量原理熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器的測量原理 熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采熱導(dǎo)

17、式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采(放放)管道管道 中甲烷濃度監(jiān)測。中甲烷濃度監(jiān)測。 熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是:利用甲烷的熱導(dǎo)率利用甲烷的熱導(dǎo)率 高于新鮮空氣的熱導(dǎo)率，通過熱敏檢測元件測量含有甲烷高于新鮮空氣的熱導(dǎo)率，通過熱敏檢測元件測量含有甲烷 的混合氣體的熱導(dǎo)率變化，從而測得甲烷的濃度。的混合氣體的熱導(dǎo)率變化，從而測得甲烷的濃度。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 16 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 17 二、甲烷抽采二、甲烷抽采(放放)用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器 1.熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器的

18、測量原理熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器的測量原理 熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采(放放)管道中甲烷濃管道中甲烷濃 度監(jiān)測。度監(jiān)測。 熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是:利用甲烷的熱導(dǎo)率高于新鮮空利用甲烷的熱導(dǎo)率高于新鮮空 氣的熱導(dǎo)率，通過熱敏檢測元件測量含有甲烷的混合氣體的熱導(dǎo)率氣的熱導(dǎo)率，通過熱敏檢測元件測量含有甲烷的混合氣體的熱導(dǎo)率 變化，從而測得甲烷的濃度。變化，從而測得甲烷的濃度。 傳感器內(nèi)部有一個參比室和一個測量室，兩個元件的內(nèi)部分別傳感器內(nèi)部有一個參比室和一個測量室，兩個元件的內(nèi)部分別 纏繞著細鉑絲，在參比室內(nèi)密封著參比纏

19、繞著細鉑絲，在參比室內(nèi)密封著參比(基準基準)氣體，而測量室可以氣體，而測量室可以 進入待測的氣體。兩個鉑絲與外部定值電阻組合，形成電橋回路，進入待測的氣體。兩個鉑絲與外部定值電阻組合，形成電橋回路， 恒定電流分別流過各鉑絲恒定電流分別流過各鉑絲;使之發(fā)熱使之發(fā)熱;同催化燃燒式傳感器一樣，在同催化燃燒式傳感器一樣，在 不存在可燃氣體的時候，不存在可燃氣體的時候，R1=R2，回路是平衡的。，回路是平衡的。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 18 一旦測量室中的待測組分中發(fā)生濃度變化，則測量室一旦測量室中的待測組分中發(fā)生濃度變化，則測量室 中的熱導(dǎo)率會隨之變動，從而使中的熱導(dǎo)率會

20、隨之變動，從而使R1、R2上鉑絲的溫度發(fā)生上鉑絲的溫度發(fā)生 變化變化;導(dǎo)致導(dǎo)致R1、R2阻值出現(xiàn)差異阻值出現(xiàn)差異;電橋失去平衡，有信號輸電橋失去平衡，有信號輸 出。甲烷濃度越大，溫差就越大，阻值相差越大，電橋輸出出。甲烷濃度越大，溫差就越大，阻值相差越大，電橋輸出 信號越大。根據(jù)輸出信號的大小信號越大。根據(jù)輸出信號的大小;計算出甲烷氣體的濃度。計算出甲烷氣體的濃度。 熱導(dǎo)式甲烷傳感器的選擇性較差，空氣中其他氣體的濃熱導(dǎo)式甲烷傳感器的選擇性較差，空氣中其他氣體的濃 度變化會影響甲烷濃度的測量。例如二氧化碳濃度的增加會度變化會影響甲烷濃度的測量。例如二氧化碳濃度的增加會 使混合氣體的熱導(dǎo)率下降空氣

21、濕度的增加將使混合氣體的熱使混合氣體的熱導(dǎo)率下降空氣濕度的增加將使混合氣體的熱 導(dǎo)率增大。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器要排除二氧化碳和空氣導(dǎo)率增大。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器要排除二氧化碳和空氣 濕度的影響。由于氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的增大而增大濕度的影響。由于氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的增大而增大;影響影響 著甲烷傳感器的測量精度。因此著甲烷傳感器的測量精度。因此;熱導(dǎo)式甲烷傳感器必須對熱導(dǎo)式甲烷傳感器必須對 溫度進行補償，并保持氣室溫度恒定。溫度進行補償，并保持氣室溫度恒定。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 19 2.熱導(dǎo)式甲烷傳感器的技術(shù)要求熱導(dǎo)式甲烷傳感器的技術(shù)要求 熱導(dǎo)式甲烷傳感器的

22、測量數(shù)值采用數(shù)字顯示以百分體熱導(dǎo)式甲烷傳感器的測量數(shù)值采用數(shù)字顯示以百分體 積濃度表示，測量分辨率不低于積濃度表示，測量分辨率不低于0.1 %CH4。量程有。量程有4 一一40%CH4和和4100%CH4 2種。測量范圍在種。測量范圍在4一一 100%CH4時甲烷濃度恒定，傳感器顯示值變化量不超時甲烷濃度恒定，傳感器顯示值變化量不超 過過0 .4%CH4。在。在20 m/s流速條件下，其指示值漂移流速條件下，其指示值漂移 量不大于士量不大于士0.1CH4，響應(yīng)時間不大于，響應(yīng)時間不大于30 s，工作穩(wěn)定，工作穩(wěn)定 性不少于性不少于21d。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3

23、20 傳感器使用電纜的單芯截面積為傳感器使用電纜的單芯截面積為1.5 mm2時，傳感時，傳感 器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的傳輸距離應(yīng)不小于器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的傳輸距離應(yīng)不小于2 km。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 21 三、煤礦用高低濃度甲烷傳感器三、煤礦用高低濃度甲烷傳感器 將煤礦用載體催化與熱導(dǎo)檢測元件組合進行監(jiān)測甲烷將煤礦用載體催化與熱導(dǎo)檢測元件組合進行監(jiān)測甲烷 濃度的傳感器稱為高低濃度甲烷傳感器。煤礦用載體催化濃度的傳感器稱為高低濃度甲烷傳感器。煤礦用載體催化 與熱導(dǎo)組合式高低濃度甲烷傳感器是我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)與熱導(dǎo)組合式高低濃度甲烷傳感器是我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān) 控系統(tǒng)用于高瓦斯和

24、煤與瓦斯突出礦并井下甲烷氣體監(jiān)測控系統(tǒng)用于高瓦斯和煤與瓦斯突出礦并井下甲烷氣體監(jiān)測 的儀器。煤礦用載體催化與熱導(dǎo)組合高低濃度甲烷傳感器的儀器。煤礦用載體催化與熱導(dǎo)組合高低濃度甲烷傳感器 量程為量程為0一一40%CH4和和0一一100%CH4。 傳感器以百分體積濃度顯示表示測量值，采用數(shù)字顯傳感器以百分體積濃度顯示表示測量值，采用數(shù)字顯 示示;低濃度段分辨率不低于低濃度段分辨率不低于0.01 %CH4，高濃度段分辨，高濃度段分辨 率不低于率不低于0 .1%CH4，并應(yīng)能顯示值的正或負。，并應(yīng)能顯示值的正或負。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 22 傳感器中載體催化元件與熱導(dǎo)

25、元件工作轉(zhuǎn)換點設(shè)置范圍為傳感器中載體催化元件與熱導(dǎo)元件工作轉(zhuǎn)換點設(shè)置范圍為 2一一4%CH4，由低濃度轉(zhuǎn)換為高濃度和由高濃度轉(zhuǎn)換為低濃，由低濃度轉(zhuǎn)換為高濃度和由高濃度轉(zhuǎn)換為低濃 度可設(shè)置不同的轉(zhuǎn)換點。度可設(shè)置不同的轉(zhuǎn)換點。 傳感器顯示值的穩(wěn)定性在傳感器顯示值的穩(wěn)定性在0一一4%CH4范圍內(nèi)，甲烷濃度范圍內(nèi)，甲烷濃度 恒定時；傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過恒定時；傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過0 .04%CH4。在。在4一一100%CH4范圍內(nèi)，甲烷濃度恒定時，范圍內(nèi)，甲烷濃度恒定時， 傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超0.4%CH4。 載體催化元件

26、在測量時的基本誤差符合表載體催化元件在測量時的基本誤差符合表6-1的規(guī)定。傳的規(guī)定。傳 感器熱導(dǎo)元件在檢測感器熱導(dǎo)元件在檢測CH4時的基本誤差應(yīng)符合表時的基本誤差應(yīng)符合表6-2的規(guī)定。的規(guī)定。 傳感器催化元件和熱導(dǎo)元件轉(zhuǎn)換時不可避免出現(xiàn)附加誤差，轉(zhuǎn)傳感器催化元件和熱導(dǎo)元件轉(zhuǎn)換時不可避免出現(xiàn)附加誤差，轉(zhuǎn) 換點的附加誤差不超過換點的附加誤差不超過1 .00%CH4。傳感器在連續(xù)工作。傳感器在連續(xù)工作 15d的基本誤差應(yīng)符合表的基本誤差應(yīng)符合表6一一1和表和表62的規(guī)定。傳感器的響的規(guī)定。傳感器的響 應(yīng)時間不超過應(yīng)時間不超過20 s。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 23 四、

27、非色散紅外甲烷傳感器四、非色散紅外甲烷傳感器 非色散紅外甲烷傳感器采用紅外吸收測量原理、擴散式采樣、數(shù)非色散紅外甲烷傳感器采用紅外吸收測量原理、擴散式采樣、數(shù) 字式溫度補償?shù)燃夹g(shù)。字式溫度補償?shù)燃夹g(shù)。 檢測精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強、穩(wěn)定可靠。檢測精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強、穩(wěn)定可靠。 測量量程有測量量程有0一一10%CH4和和0一一100%CH42種。種。 按使用用途可分為按使用用途可分為A、B、C3類類: A類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍0一一10%CH4; B類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍0一一100%CH4; C類傳感器用于瓦斯抽采管

28、道監(jiān)測，測量范圍類傳感器用于瓦斯抽采管道監(jiān)測，測量范圍0一一100%CH4。 這類甲烷傳感器適用于煤礦作業(yè)場所、瓦斯抽采這類甲烷傳感器適用于煤礦作業(yè)場所、瓦斯抽采(放放)放泵站等放泵站等 存在甲烷泄漏危險場所的甲烷氣體濃度檢測。存在甲烷泄漏危險場所的甲烷氣體濃度檢測。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 24 1.非色散紅外甲烷傳感器的測量原理非色散紅外甲烷傳感器的測量原理 測量氣體分子的測量氣體分子的光吸收譜光吸收譜是氣體種類識別和氣體分子是氣體種類識別和氣體分子 濃度測定的有效手段。甲烷對濃度測定的有效手段。甲烷對3.33 um波長的紅外光波長的紅外光有有 一極強的吸收峰

29、，而雜質(zhì)氣體中影響較大的水蒸氣和二氧一極強的吸收峰，而雜質(zhì)氣體中影響較大的水蒸氣和二氧 化碳則并無明顯吸收這個光譜特性，利用這一特性即可測化碳則并無明顯吸收這個光譜特性，利用這一特性即可測 量甲烷濃度。量甲烷濃度。 2.非色散紅外甲烷傳感器的組成非色散紅外甲烷傳感器的組成 非色散紅外甲烷傳感器由傳感元件、穩(wěn)壓電源、紅外非色散紅外甲烷傳感器由傳感元件、穩(wěn)壓電源、紅外 接收電路、單片機電路、顯示電路、報警電路等部分組成接收電路、單片機電路、顯示電路、報警電路等部分組成 。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 25 傳感元件采用光譜氣體傳感技術(shù)，當紅外光通過待測氣體時，傳感元件采用

30、光譜氣體傳感技術(shù)，當紅外光通過待測氣體時， 甲烷對甲烷對3.33 um波長的紅外光有一極強的吸收峰，正是這個光譜特波長的紅外光有一極強的吸收峰，正是這個光譜特 性，實現(xiàn)了甲烷氣體的檢測。性，實現(xiàn)了甲烷氣體的檢測。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 26 紅外遙控器的各種操作指令由大規(guī)模專用電路編碼后驅(qū)動紅紅外遙控器的各種操作指令由大規(guī)模專用電路編碼后驅(qū)動紅 外發(fā)射管發(fā)送出去，接收電路由一體化大規(guī)模紅外接收集成電路外發(fā)射管發(fā)送出去，接收電路由一體化大規(guī)模紅外接收集成電路 組成。當該電路收到紅外光脈沖后，接收器將光編碼信號轉(zhuǎn)換成組成。當該電路收到紅外光脈沖后，接收器將光編碼信號

31、轉(zhuǎn)換成 串行電信號送單片機進行處理串行電信號送單片機進行處理;完成各項操作。完成各項操作。 單片機從傳感元件采集代表現(xiàn)場甲烷濃度的電壓信號，經(jīng)運單片機從傳感元件采集代表現(xiàn)場甲烷濃度的電壓信號，經(jīng)運 算放大處理后送出算放大處理后送出200一一1 000Hz頻率信號。當甲烷濃度達到頻率信號。當甲烷濃度達到 報警值時，單片機驅(qū)動晶體管發(fā)出聲報警和光報警。單片機從紅報警值時，單片機驅(qū)動晶體管發(fā)出聲報警和光報警。單片機從紅 外接收電路采集紅外遙控信號，當收到紅外遙控指令后，執(zhí)行相外接收電路采集紅外遙控信號，當收到紅外遙控指令后，執(zhí)行相 應(yīng)的指令進行相關(guān)參數(shù)的修改，并將修改結(jié)果送給顯示電路進行應(yīng)的指令進行

32、相關(guān)參數(shù)的修改，并將修改結(jié)果送給顯示電路進行 顯示。顯示。 數(shù)碼管的首位在顯示遙控命令時用來代表各功能代碼，后三數(shù)碼管的首位在顯示遙控命令時用來代表各功能代碼，后三 位在有功能碼時顯示功能代碼對應(yīng)的內(nèi)容，無功能代碼時顯示甲位在有功能碼時顯示功能代碼對應(yīng)的內(nèi)容，無功能代碼時顯示甲 烷濃度。烷濃度。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 27 3.非色散甲烷傳感器的主要技術(shù)要求非色散甲烷傳感器的主要技術(shù)要求 (1)輸出信號制式。電流型輸出信號制式。電流型:直流直流1一一5mA，4一一20 mA ;頻率頻率 型型:200一一1000 Hz，2002000 Hz;數(shù)字信號型數(shù)字信號型:

33、傳輸速率為傳輸速率為 1200bps, 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps，電平不小于，電平不小于3 .0V。 (2)測量數(shù)據(jù)顯示。傳感器以百分體積濃度表示測量數(shù)據(jù)并用測量數(shù)據(jù)顯示。傳感器以百分體積濃度表示測量數(shù)據(jù)并用 數(shù)字顯示。測量范圍在數(shù)字顯示。測量范圍在0一一10%CH4時時;其分辨率不低于其分辨率不低于0 .01 %CH4;測量范圍在測量范圍在10一一100%CH4時，其分辨率不低于時，其分辨率不低于0 .1%CH4。 (3)顯示值穩(wěn)定性。測量范圍在顯示值穩(wěn)定性。測量范圍在0一一10%CH4，甲烷濃度恒定，甲烷濃度恒定 時，傳感器顯示值與輸出信號值時，傳感器顯示值

34、與輸出信號值(換算成甲烷濃度換算成甲烷濃度)變化量不超過變化量不超過 0.04%CH4。測量范圍在。測量范圍在10一一100%CH4，甲烷濃度恒定時，甲烷濃度恒定時， 傳感器顯示值與輸出信號值傳感器顯示值與輸出信號值(換算成甲烷濃度換算成甲烷濃度)變化量不超過變化量不超過 0.4%CH4。 第一節(jié)第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器 2021/7/3 28 (4)基本誤差?；菊`差。 (5)工作穩(wěn)定性：傳感器連續(xù)工作工作穩(wěn)定性：傳感器連續(xù)工作60 d，應(yīng)符合基本誤差。，應(yīng)符合基本誤差。 (6)響應(yīng)時間：響應(yīng)時間：A、B類傳感器類傳感器 25 s ，C類傳感器類傳感器 50 s。 (7)傳輸距離：傳輸距

35、離：2 km。 第二節(jié)第二節(jié) 礦用風速傳感器礦用風速傳感器 2021/7/3 29 常用的風速傳感器，根據(jù)原理不同主要有以下幾種類型常用的風速傳感器，根據(jù)原理不同主要有以下幾種類型:超聲波風超聲波風 速傳感器、熱電藕式風速傳感器、激光多普勒風速傳感器和孔板流量速傳感器、熱電藕式風速傳感器、激光多普勒風速傳感器和孔板流量 計風速傳感器等。計風速傳感器等。 用于用于礦井礦井的的風速傳感器主要有風速傳感器主要有超聲波旋渦式超聲波旋渦式和和超聲波時差式超聲波時差式2種。種。 一、超聲波旋渦風速傳感器的原理及特點一、超聲波旋渦風速傳感器的原理及特點 1、工作原理、工作原理 在旋渦發(fā)生桿在旋渦發(fā)生桿(即阻

36、力體即阻力體)的后部一側(cè)安裝有超聲波發(fā)射換能器，的后部一側(cè)安裝有超聲波發(fā)射換能器， 發(fā)射出連續(xù)等幅的超聲波束發(fā)射出連續(xù)等幅的超聲波束;另一側(cè)安裝有一個相同的接收換能器。另一側(cè)安裝有一個相同的接收換能器。 當無風速時，接收換能器接收到一束未經(jīng)調(diào)制的等幅超聲波束。當無風速時，接收換能器接收到一束未經(jīng)調(diào)制的等幅超聲波束。 當有風速時當有風速時;在發(fā)生桿后面形成旋渦，旋渦與超聲波束相遇時，由在發(fā)生桿后面形成旋渦，旋渦與超聲波束相遇時，由 于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期變化，導(dǎo)致通過旋渦部分于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期變化，導(dǎo)致通過旋渦部分 的超聲波束的聲能被折射和反射的超聲波束的聲能

37、被折射和反射;使到達接收器的聲能減弱使到達接收器的聲能減弱;在下一個在下一個 旋渦沒有到達之前，接收器信號又恢復(fù)到原來的幅值。旋渦沒有到達之前，接收器信號又恢復(fù)到原來的幅值。 第二節(jié)第二節(jié) 礦用風速傳感器礦用風速傳感器 2021/7/3 30 只要有一個旋渦通過超聲波束區(qū)，超聲波束就被調(diào)制一次，形成只要有一個旋渦通過超聲波束區(qū)，超聲波束就被調(diào)制一次，形成 調(diào)幅波。因此調(diào)幅波。因此;調(diào)幅波頻率即為旋渦頻率。調(diào)幅波信號被接收換能器調(diào)幅波頻率即為旋渦頻率。調(diào)幅波信號被接收換能器 接收后進行放大、解調(diào)、濾波等電信號處理，就可檢測出旋渦個數(shù)接收后進行放大、解調(diào)、濾波等電信號處理，就可檢測出旋渦個數(shù) ，從

38、而測定風速。，從而測定風速。 第二節(jié)第二節(jié) 礦用風速傳感器礦用風速傳感器 2021/7/3 31 2、超聲波傳感器與其他形式的傳感器相比具有以下、超聲波傳感器與其他形式的傳感器相比具有以下 3個特點個特點: (1)無可動部件，無機械磨損，性能穩(wěn)定，使用壽命無可動部件，無機械磨損，性能穩(wěn)定，使用壽命 長。長。 (2)輸出信號本身是與風速成線性的脈沖頻率信號，輸出信號本身是與風速成線性的脈沖頻率信號， 沒有零點漂移，且敏感元件變化不會直接影響輸出，測量沒有零點漂移，且敏感元件變化不會直接影響輸出，測量 精度高。精度高。 (3)輸出信號不受氣體的溫度、濕度、壓力、成分、輸出信號不受氣體的溫度、濕度、

39、壓力、成分、 密度、黏度、礦塵等影響。因此，此類傳感器在煤礦安全密度、黏度、礦塵等影響。因此，此類傳感器在煤礦安全 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 第二節(jié)第二節(jié) 礦用風速傳感器礦用風速傳感器 2021/7/3 32 二、礦用風速傳感器的技術(shù)要求二、礦用風速傳感器的技術(shù)要求 測量范圍測量范圍:0.4一一15 m/s。 測量誤差測量誤差: 0.3 m/s。 輸出信號輸出信號:頻率型頻率型2001000Hz或電流型或電流型15 mA。 工作電壓工作電壓:12一一21 V DC。 工作電流工作電流:90 mA。 傳輸距離傳輸距離:2 km。 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力

40、傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 33 礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井通風機、風門、密閉礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井通風機、風門、密閉 巷道、通風巷道等地點風流壓力的裝置。巷道、通風巷道等地點風流壓力的裝置。 礦井空氣壓力的監(jiān)測，特別是負壓的監(jiān)測是作為檢驗礦井空氣壓力的監(jiān)測，特別是負壓的監(jiān)測是作為檢驗 礦井主要通風機的通風壓力、通風能力及瓦斯抽采礦井主要通風機的通風壓力、通風能力及瓦斯抽采(放放)效效 果的一個重要指標。果的一個重要指標。 在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感 器較多。器較多。 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感

41、器 2021/7/3 34 一、壓力傳感器的分類及測量原理一、壓力傳感器的分類及測量原理 （一）壓力傳感器的分類（一）壓力傳感器的分類 正壓正壓傳感器和傳感器和負壓負壓傳感器傳感器2大類。大類。 正壓傳感器主要用于瓦斯抽采正壓傳感器主要用于瓦斯抽采(放放)泵站的缺水保護、泵站的缺水保護、 循環(huán)水池液位、利用瓦斯時輸出管道中的瓦斯壓力、煤層循環(huán)水池液位、利用瓦斯時輸出管道中的瓦斯壓力、煤層 瓦斯壓力、巷道頂板壓力監(jiān)測等。瓦斯壓力、巷道頂板壓力監(jiān)測等。 負壓傳感器主要用于連續(xù)監(jiān)測礦并通風總負壓、礦井負壓傳感器主要用于連續(xù)監(jiān)測礦并通風總負壓、礦井 通風機壓差、通風設(shè)施內(nèi)外側(cè)壓差等。通風機壓差、通風設(shè)

42、施內(nèi)外側(cè)壓差等。 (二二)壓力傳感器的測量原理壓力傳感器的測量原理 煤礦常用壓力傳感器有差動變壓器壓力傳感器、半導(dǎo)煤礦常用壓力傳感器有差動變壓器壓力傳感器、半導(dǎo) 體壓阻式壓力傳感器等。體壓阻式壓力傳感器等。 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 35 1.差動變壓器壓力傳感器測量原理差動變壓器壓力傳感器測量原理 彈性敏感器件一般稱為膜盒，它是由彈性敏感器件一般稱為膜盒，它是由2片壓有波紋的片壓有波紋的 金屬薄片焊接而成。當膜盒兩側(cè)存在壓差時，膜片將彎向金屬薄片焊接而成。當膜盒兩側(cè)存在壓差時，膜片將彎向 壓力小的一側(cè)。因此可將壓力轉(zhuǎn)換成位移量。在壓力未導(dǎo)壓力小的一側(cè)。因此

43、可將壓力轉(zhuǎn)換成位移量。在壓力未導(dǎo) 入前，測量桿處于差動變壓器的中間位置，膜盒無位移入前，測量桿處于差動變壓器的中間位置，膜盒無位移; 此時輸出電壓為零。此時輸出電壓為零。 當有被測壓力導(dǎo)入時，膜盒在壓差作用下其測量桿將當有被測壓力導(dǎo)入時，膜盒在壓差作用下其測量桿將 產(chǎn)生與壓差成正比的位移，使差動變壓器二次繞組的感應(yīng)產(chǎn)生與壓差成正比的位移，使差動變壓器二次繞組的感應(yīng) 電動勢發(fā)生變化而有電壓輸出，完成壓力與電信號的轉(zhuǎn)換電動勢發(fā)生變化而有電壓輸出，完成壓力與電信號的轉(zhuǎn)換 過程。此電壓經(jīng)信號處理電路處理后，分送傳輸、存儲、過程。此電壓經(jīng)信號處理電路處理后，分送傳輸、存儲、 顯示等電路。顯示等電路。 第

44、三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 36 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 37 2.半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器測量原理半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器測量原理 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng) 稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強。稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強。 利用半導(dǎo)體材料做成的壓阻式傳感器有利用半導(dǎo)體材料做成的壓阻式傳感器有2種類型種類型: 一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成的粘貼式應(yīng)變片一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成的粘貼式應(yīng)變片; 另一種是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路

45、工藝制成擴另一種是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴 散電阻，稱擴散型壓阻散電阻，稱擴散型壓阻(又稱擴散硅壓力又稱擴散硅壓力)傳感器。傳感器。 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 38 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 39 其核心部分是一塊圓形硅膜片。膜片的四周用圓硅環(huán)其核心部分是一塊圓形硅膜片。膜片的四周用圓硅環(huán) (硅杯硅杯)固定，其下部是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，上部一固定，其下部是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，上部一 般可與大氣相通。在膜片上利用集成電路工藝方法擴散上般可與大氣相通。在膜片上利用集成電路工藝方法擴散上 4個阻值相等的電

46、阻。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。個阻值相等的電阻。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。 在被測壓力作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變將所測的電在被測壓力作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變將所測的電 橋輸出信號經(jīng)過精密補償和處理，轉(zhuǎn)換成標準電流橋輸出信號經(jīng)過精密補償和處理，轉(zhuǎn)換成標準電流(電壓電壓) 信號輸出，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的壓力自動控制和檢測。信號輸出，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的壓力自動控制和檢測。 由于壓阻式傳感器的靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性好由于壓阻式傳感器的靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性好 、頻率響應(yīng)高、測量精度高、體積小等特點，因此，該類、頻率響應(yīng)高、測量精度高、體積小等特點，因此，該類 型傳感器特別適用于煤礦井下風壓的監(jiān)

47、測。型傳感器特別適用于煤礦井下風壓的監(jiān)測。 第三節(jié)第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器 2021/7/3 40 二、礦用負壓傳感器的主要技術(shù)要求二、礦用負壓傳感器的主要技術(shù)要求 額定工作電壓額定工作電壓:1224 V DC。 工作電流工作電流:100 mA。 測量范圍測量范圍:0一一500 Pa。 分辨率分辨率:10 Pa。 精度精度:滿量程的士滿量程的士2%。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 41 礦用一氧化碳傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井工作環(huán)境中一氧化碳濃礦用一氧化碳傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井工作環(huán)境中一氧化碳濃 度的裝置。我國煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測一氧化碳的設(shè)備度的

48、裝置。我國煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測一氧化碳的設(shè)備普普 遍采用的是電化學(xué)式遍采用的是電化學(xué)式一氧化碳傳感器。一氧化碳傳感器。 一、電化學(xué)式一氧化碳傳感器的工作原理一、電化學(xué)式一氧化碳傳感器的工作原理 電化學(xué)式一氧化碳傳感器工作原理如圖電化學(xué)式一氧化碳傳感器工作原理如圖6-8。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 42 其敏感元件由透氣膜、陽極、陰極及電解液等其敏感元件由透氣膜、陽極、陰極及電解液等 組成。組成。 當一氧化碳氣體經(jīng)過透氣膜擴散進入陽極，在當一氧化碳氣體經(jīng)過透氣膜擴散進入陽極，在 催化劑的作用下與電解溶液中水發(fā)生氧化反應(yīng)，同催化劑的作用下與電解溶液中水發(fā)

49、生氧化反應(yīng)，同 時放出電子。而在陰極上，氧氣透過透氣膜到達催時放出電子。而在陰極上，氧氣透過透氣膜到達催 化層，在催化劑作用下與電解溶液中的氫離子發(fā)生化層，在催化劑作用下與電解溶液中的氫離子發(fā)生 陰極還原反應(yīng)，此時將有反應(yīng)電流通過，電流強度陰極還原反應(yīng)，此時將有反應(yīng)電流通過，電流強度 與與CO濃度成正比，據(jù)此測量濃度成正比，據(jù)此測量CO氣體的濃度。氣體的濃度。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 43 1.氣體擴散電極氣體擴散電極 含有催化劑的多孔膜構(gòu)成電極。被測氣體擴散入膜，與電解液含有催化劑的多孔膜構(gòu)成電極。被測氣體擴散入膜，與電解液 在氣、固、液三相界面上發(fā)生氧

50、化還原反應(yīng)。一般情況下，電極和在氣、固、液三相界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。一般情況下，電極和 透氣膜是合并的。透氣膜用防水透氣的聚四氟乙烯透氣膜是合并的。透氣膜用防水透氣的聚四氟乙烯(PTFE)膜，將膜，將 活性材料涂覆在透氣膜上，熱壓成型構(gòu)成電極。活性材料涂覆在透氣膜上，熱壓成型構(gòu)成電極。 活性層即催化層用活性粉料活性層即催化層用活性粉料(如鉑黑如鉑黑)和和PTFE乳液混合，在特定乳液混合，在特定 條件下碾壓或噴涂，再經(jīng)過適當?shù)臒崽幚恚瞥杉扔H水又疏水的膜條件下碾壓或噴涂，再經(jīng)過適當?shù)臒崽幚恚瞥杉扔H水又疏水的膜 層。由于電極中有憎水成分，電極上形成一部分不被溶液充滿的層。由于電極中有憎水成分，

51、電極上形成一部分不被溶液充滿的“ 氣孔氣孔”。 另一方面，由于催化劑是親水的，則在大部分催化劑團粒的外另一方面，由于催化劑是親水的，則在大部分催化劑團粒的外 表面上形成了可進行電極反應(yīng)的薄液層。這種多孔電極既能完成氣表面上形成了可進行電極反應(yīng)的薄液層。這種多孔電極既能完成氣 相傳質(zhì)過程，使氣體擴散到達催化劑表面，又能通過相傳質(zhì)過程，使氣體擴散到達催化劑表面，又能通過“液孔液孔”即催即催 化劑周圍的薄液層，與電解液連通，以利于反應(yīng)產(chǎn)物遷移和電子傳化劑周圍的薄液層，與電解液連通，以利于反應(yīng)產(chǎn)物遷移和電子傳 遞。遞。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 44 2.透氣膜透氣

52、膜 一般使用非均相的微孔膜，也稱氣隙膜，如聚四氯乙烯、聚氯一般使用非均相的微孔膜，也稱氣隙膜，如聚四氯乙烯、聚氯 乙烯乙烯(PVC)、聚丙烯、聚丙烯(PP)等。它能讓氣體直接透過氣膜，而電解等。它能讓氣體直接透過氣膜，而電解 液中的水和離子則不透過。由于元件一般使用酸性電解液，而且要液中的水和離子則不透過。由于元件一般使用酸性電解液，而且要 求膜有較好的疏水性能。電極性能在很大程度上取決于膜的性能。求膜有較好的疏水性能。電極性能在很大程度上取決于膜的性能。 膜的質(zhì)量對敏感元件的穩(wěn)定性，特別是壽命影響很大。膜的質(zhì)量對敏感元件的穩(wěn)定性，特別是壽命影響很大。 孔隙率是膜的重要技術(shù)參數(shù)。孔隙率大小與透

53、氣率有關(guān)，用大孔隙率是膜的重要技術(shù)參數(shù)?？紫堵蚀笮∨c透氣率有關(guān)，用大 孔隙率膜可提高元件輸出靈敏度和提高響應(yīng)時間性能，但會使電解孔隙率膜可提高元件輸出靈敏度和提高響應(yīng)時間性能，但會使電解 液外漏。液外漏。 3.電解液電解液 電解液通常用硫酸或磷酸水溶液。電解液通常用硫酸或磷酸水溶液。 高純硫酸溶液傳導(dǎo)質(zhì)子性能強、導(dǎo)電性能好，可將硫酸溶液吸高純硫酸溶液傳導(dǎo)質(zhì)子性能強、導(dǎo)電性能好，可將硫酸溶液吸 收在玻璃纖維及各種高聚物襯墊物上，形成漿糊狀，就不會因元件收在玻璃纖維及各種高聚物襯墊物上，形成漿糊狀，就不會因元件 放置位置不同而影響其響應(yīng)數(shù)值。放置位置不同而影響其響應(yīng)數(shù)值。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳

54、感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 45 二、一氧化碳傳感器的主要技術(shù)要求二、一氧化碳傳感器的主要技術(shù)要求 量程范圍：量程范圍：0100ppm、 0500ppm、0500 ppm以上以上 等幾種。等幾種。 采用數(shù)字顯示，以采用數(shù)字顯示，以10-6單位表示測量值，分辨率不低于單位表示測量值，分辨率不低于1 ppm。 量程為量程為0一一100 ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時，的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時， 傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過2ppm一氧化碳。一氧化碳。 量程為量程為0一一500 ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時的

55、一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時; 傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過4ppm一氧化碳。一氧化碳。 傳感器應(yīng)具有避免因斷電而影響電化學(xué)原理敏感元件工作穩(wěn)定的傳感器應(yīng)具有避免因斷電而影響電化學(xué)原理敏感元件工作穩(wěn)定的 措施。措施。 傳感器響應(yīng)時間不大于傳感器響應(yīng)時間不大于35s。 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 46 第四節(jié)第四節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 2021/7/3 47 第五節(jié)第五節(jié) 礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器 2021/7/3 48 礦用溫度傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦并環(huán)境溫度高低的裝置，用于礦礦用溫度傳感器是連續(xù)監(jiān)測

56、礦并環(huán)境溫度高低的裝置，用于礦 井環(huán)境溫度監(jiān)測的傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)井環(huán)境溫度監(jiān)測的傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo) 體體PN結(jié)、半導(dǎo)體紅外熱輻身寸探測器、熱噪聲、光纖等類型。結(jié)、半導(dǎo)體紅外熱輻身寸探測器、熱噪聲、光纖等類型。 一、礦用溫度傳感器的測量原理一、礦用溫度傳感器的測量原理 (一一)熱電偶、熱電阻溫度傳感器熱電偶、熱電阻溫度傳感器 1.熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 將兩種不同材料的金屬將兩種不同材料的金屬A和和B相連接，組成一個閉合回路相連接，組成一個閉合回路;構(gòu)成構(gòu)成 感溫元件。感溫元件。 當金屬當金屬A和和B的兩個接點的兩個接點(冷端和熱端冷端

57、和熱端)之間存在溫差時，就在兩之間存在溫差時，就在兩 者之間產(chǎn)生電動勢，在回路中形成電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。者之間產(chǎn)生電動勢，在回路中形成電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 熱電偶溫度傳感器就是利用這一效應(yīng)進行工作的。熱電偶溫度傳感器就是利用這一效應(yīng)進行工作的。 第五節(jié)第五節(jié) 礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器 2021/7/3 49 2.熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度傳感器 電阻隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象稱為電阻隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)。利用此效應(yīng)。利用此效應(yīng) 可制成可制成金屬熱電阻金屬熱電阻和和半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻，用于溫度測量，分別稱為熱，用于溫度測量，分別稱為熱 電阻

58、溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。按電阻溫度特性的不同電阻溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。按電阻溫度特性的不同(由由 材料的溫度系數(shù)決定材料的溫度系數(shù)決定)，熱敏電阻可分為負溫度系數(shù)，熱敏電阻可分為負溫度系數(shù)(NTC)和正溫和正溫 度系數(shù)度系數(shù)(PTC)2大類。大類。 (二二)半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器 用半導(dǎo)體材料制成的用半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)型溫度傳感器稱半導(dǎo)體溫度傳感器。結(jié)型溫度傳感器稱半導(dǎo)體溫度傳感器。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時間快、在一定范圍內(nèi)線結(jié)溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時間快、在一定范圍內(nèi)線 性度較好、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點性度較好、功耗低、抗干擾能

59、力強等優(yōu)點,因而在煤礦井下比較惡劣因而在煤礦井下比較惡劣 的環(huán)境條件下的環(huán)境條件下,得到了較好的推廣應(yīng)用。得到了較好的推廣應(yīng)用。 例如，與監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的例如，與監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的KG3004型、型、KG3007型溫度型溫度 傳感器和傳感器和KG9301型溫濕度組合式傳感器等，都是采用半導(dǎo)體型溫濕度組合式傳感器等，都是采用半導(dǎo)體PN 結(jié)為敏感元件的礦用溫度傳感器。結(jié)為敏感元件的礦用溫度傳感器。 第五節(jié)第五節(jié) 礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器 2021/7/3 50 (三三)紅外、熱噪聲及光纖溫度傳感器紅外、熱噪聲及光纖溫度傳感器 1.紅外測溫原理紅外測溫原理 紅外測溫具有測量靈敏度高、反應(yīng)速度快

60、、測溫范圍廣、非接紅外測溫具有測量靈敏度高、反應(yīng)速度快、測溫范圍廣、非接 觸式測溫、不影響被測介質(zhì)的溫場分布等優(yōu)點，是發(fā)展測量技術(shù)、觸式測溫、不影響被測介質(zhì)的溫場分布等優(yōu)點，是發(fā)展測量技術(shù)、 遙感技術(shù)及空間科學(xué)的重要手段。在礦并火災(zāi)監(jiān)測與預(yù)報、設(shè)備溫遙感技術(shù)及空間科學(xué)的重要手段。在礦并火災(zāi)監(jiān)測與預(yù)報、設(shè)備溫 升測量等方面，具有很好的應(yīng)用前景。升測量等方面，具有很好的應(yīng)用前景。 2.熱噪聲測溫原理熱噪聲測溫原理 電阻體所產(chǎn)生的約翰遜噪聲與該電阻體所處熱力學(xué)溫度密切相電阻體所產(chǎn)生的約翰遜噪聲與該電阻體所處熱力學(xué)溫度密切相 關(guān)，熱噪聲功率與溫度呈線性關(guān)系。英國已有用于煤礦井下的該類關(guān)，熱噪聲功率與溫