煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)(02)-礦用傳感器(02)教學(xué)教材

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)(02)-礦用傳感器(02)二、檢知管法測(cè)定CO檢知管檢測(cè)CO原理：

CO氣體緩慢而穩(wěn)定的流過(guò)檢知管時(shí)，與管中試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，呈現(xiàn)一定的顏色(比色式)或變色長(zhǎng)度(比長(zhǎng)式)，來(lái)檢測(cè)CO的濃度。檢測(cè)劑以活性硅膠為載體，吸附五氧化二碘和發(fā)煙硫酸加工而成。反應(yīng)方程：檢測(cè)劑與CO反應(yīng)后由白色變成棕黃色圈，隨著氣流通過(guò)棕色環(huán)向前移動(dòng)，其移動(dòng)距離與CO濃度大小成正比。二、檢知管法測(cè)定CO1—檢測(cè)管外殼（中性玻璃管）2—堵塞物（棉栓、玻璃絲布、耐酸滌綸等）3—保護(hù)膠（硅膠吸附試劑以除去干擾氣體）4—隔離層（有色玻璃粉等惰性有色顆粒物質(zhì)）5—指示劑（活性硅膠吸附化學(xué)試劑）1—檔位；2—采樣器；3—檢測(cè)管；4—指示劑

二、檢知管法測(cè)定CO圖2.3-2DQJ-50多種氣體檢定器

圖2.3-1比長(zhǎng)式CO檢知管三、定電位電化學(xué)檢測(cè)CO1、電化學(xué)氣體傳感器原理電化學(xué)：是研究電解質(zhì)溶液與電極相界間的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，即化學(xué)能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的科學(xué)。電化學(xué)理論指出，在電極和它接觸的電解質(zhì)溶液之間存在著氧化還原反應(yīng)，并有電子的得失。并且各種物質(zhì)在電解質(zhì)溶液中的氧化還原反應(yīng)均在一定的電極電位下進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)電極電位：是指某物質(zhì)在規(guī)定的濃度、溫度條件下的電極電位，當(dāng)電極電位高于該標(biāo)準(zhǔn)電極電位時(shí)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，反之，則產(chǎn)生還原反應(yīng)。因此，該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位也稱為可逆電極電位。如：CO2/CO氧化還原對(duì)的可逆電極電位為-0.12V;O2,H+/H2O氧化還原對(duì)的可逆電極電位為+1.23V三、定電位電化學(xué)檢測(cè)CO2、定電位電化學(xué)CO檢測(cè)元件電解液：硫酸或硫酸水溶液透氣膜：聚四氟乙烯（PTFE）非均相微孔膜，透氣但不透水和離子?？障堵蚀髣t靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，但易漏液。氣體擴(kuò)散電極：（透氣膜＋電極）防水透氣膜:PTFE活性層：鉑黑＋PTFE乳液含有催化劑的多孔膜電極，易于被測(cè)氣體與電解液在氣、固、液三相界面上進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。工作電極：W對(duì)面電極：C參比電極：R圖2.3-3電化學(xué)CO檢測(cè)元件三、定電位電化學(xué)檢測(cè)CO工作電極W：電極W受恒電位的控制作用，具有一個(gè)恒定的電位；被測(cè)量一氧化碳，通過(guò)聚四氟乙烯薄膜擴(kuò)散到電極W，并在W電極催化劑的作用下與電解液中的水發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和氫質(zhì)子，同時(shí)釋放出電子；對(duì)面電極C：氧在催化劑作用下與氫質(zhì)子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，并得到電子。W極：C極：三、定電位電化學(xué)檢測(cè)CO式中：n－電子轉(zhuǎn)移數(shù)；D-膜中氣體擴(kuò)散系數(shù)；F-法拉第常數(shù)；A-反應(yīng)界面面積；H-擴(kuò)散電極膜厚度；參比電極R：使W和R間保持恒定電位。W和C間的反應(yīng)電流為I：法拉第定律1-電源2-恒位環(huán)節(jié)3-傳感器4-放大器5-溫度補(bǔ)償6-指示電表圖2.3-4電化學(xué)測(cè)CO原理四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))1、功能及應(yīng)用：能連續(xù)監(jiān)測(cè)和就地顯示一氧化碳濃度值，并在超限時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警；可與監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。2、主要技術(shù)指標(biāo)：工作電壓：9～24VDC工作電流：＜100mADC檢測(cè)范圍：0～500PPmCO檢測(cè)誤差：F.S范圍內(nèi)5%(相對(duì)誤差)顯示方式：三位紅色LED顯示(分辨率：1PPmCO)輸出信號(hào)：200～1000Hz、1.0～5.0mADC防爆型式：ExibⅠ礦用本安型外形尺寸：(190×114×57)mm圖2.3-5KG9201CO傳感器四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))3、結(jié)構(gòu)及原理：89C51單片機(jī)遙控調(diào)校前置放大信號(hào)采集聲光報(bào)警I/O接口LED顯示watchdog電路EEPROM信號(hào)輸出A/D轉(zhuǎn)換器圖2.3-6GTH500B一氧化碳傳感器電路原理框圖

四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))4、CO傳感器使用與維護(hù)：連接：將來(lái)自分站的專用電纜航空插頭按對(duì)應(yīng)位置插入傳感器上的航空插座，并旋緊固定。電纜航空插頭的接線為：1號(hào)口——電源正極，紅色線；2號(hào)口——電源和信號(hào)負(fù)極，藍(lán)色線；3號(hào)口——恒流或頻率信號(hào)輸出，白色線；4號(hào)口——恒流斷電控制信號(hào)輸出，綠色線。四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))調(diào)校：①零點(diǎn)調(diào)節(jié)：在新鮮空氣中使傳感器通電預(yù)熱20分鐘，按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“1”，然后同時(shí)按“▲”鍵和“▼”鍵使大數(shù)碼管顯示為0.00，即調(diào)零完畢。②精度調(diào)節(jié)：按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“2”，通入濃度為200ppm的標(biāo)準(zhǔn)一氧化碳?xì)怏w，氣體流量控制在200ml/min，再按“▲”或“▼”鍵使大數(shù)碼管顯示數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)氣體數(shù)值一致。四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))調(diào)校：③報(bào)警調(diào)節(jié)：按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“3”，然后分別按“▲”或“▼”鍵調(diào)節(jié)。④自檢：按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“4”，此時(shí)傳感器應(yīng)顯示200ppm，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為520Hz（或2.6mA）。注意：（1）傳感器參數(shù)調(diào)節(jié)后，必須在斷電之前，按遙控器上的“選擇”鍵使小數(shù)碼管的顯示值循環(huán)至消隱，修改后的參數(shù)才能存入傳感器的存儲(chǔ)器內(nèi)。否則，此次調(diào)校無(wú)效。（2）儀器零點(diǎn)、精度要定期調(diào)校，一般15天一次。四、GTH500(B)型CO傳感器(原KG9201、GT500(A))典型故障①傳感器顯示L.LL：表示傳感頭內(nèi)部接線松動(dòng)或檢測(cè)元件損壞。②傳感器顯示8.88或反復(fù)顯示00.00：表示傳感器距離分站太遠(yuǎn)或IC3（7805）故障（正常時(shí)其輸入端應(yīng)該在+18V左右，輸出端在+5V左右）。③報(bào)警有光無(wú)聲或無(wú)光無(wú)聲：蜂名器及其連線故障；報(bào)警燈或其控制器件（CD4011）或晶體管(9013)故障。④小數(shù)碼管顯示亂跳或無(wú)法控制：傳感器線路板上數(shù)碼管旁的遙控紅外接收頭（SFH）故障。五、便攜式CO檢測(cè)儀CT1000X型CO檢測(cè)報(bào)警儀

測(cè)量范圍：0～2000ppm

誤差：＜±10%真值

報(bào)警范圍：0～300ppm連續(xù)可調(diào)

響應(yīng)時(shí)間：≤60秒

傳感器壽命：3年（進(jìn)口電化學(xué)）

報(bào)警出廠設(shè)定

：24±1ppm法國(guó)TX2000型CO檢測(cè)儀

測(cè)

量：連續(xù)

測(cè)量范圍：0-500/0-2000兩種可供選擇

傳感器：電化學(xué)式

顯

示：3位半液晶顯示，帶背景燈

報(bào)

警：5種聲光/2個(gè)瞬時(shí)報(bào)警點(diǎn)/超量程報(bào)警

供電電源：3節(jié)LR011.5V干電池

工作時(shí)間：1000小時(shí)五、便攜式CO檢測(cè)儀§2.4氧氣傳感器正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。富氧：即氧氣過(guò)量，通常指氧氣含量超過(guò)23.5%，此時(shí)很容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)；缺氧：即氧氣不足，通常指氧氣含量低于19.5%，此時(shí)很容易發(fā)生窒息、昏迷以至死亡的危險(xiǎn)。檢測(cè)氧氣含量的方法：

伽伐尼電池法、順磁測(cè)氧法一、伽伐尼電池測(cè)氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼電池原理電池陰極：

由金、銀、鉑或銀-石墨制成。電池陽(yáng)極：

由鉛、鎘、銅、鉍等金屬制成。電解液：

氫氧化鉀、氫氧化鈉或碳酸鹽。隔膜：

聚四氟乙烯PTFE等隔水透氣膜。圖2.4-2伽伐尼電池結(jié)構(gòu)示意圖1-陽(yáng)極2-絕緣材料3-電解液4-陰極5-隔膜一、伽伐尼電池測(cè)氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼電池原理陰極反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)：總電池反應(yīng)：圖2.4-2伽伐尼電池結(jié)構(gòu)示意圖1-陽(yáng)極2-絕緣材料3-電解液4-陰極5-隔膜一、伽伐尼電池測(cè)氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼電池原理電池反應(yīng)電勢(shì)：n－反應(yīng)電子數(shù)F－法拉第常數(shù)Po2－電極表面氧分壓D－氣體擴(kuò)散系數(shù)A－陰極面積l－膜外表面距陰極的距離C－氧氣濃度元件輸出電流2、影響測(cè)氧元件的因素溫度：直接影響i，并影響D氣壓變化：影響電極表面氧分壓，通常+0.25％O2/100m井深陽(yáng)極壽命：二、順磁測(cè)氧法

1、順磁測(cè)氧原理順磁性氣體和反磁性氣體：反磁性是指當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，氣體與磁場(chǎng)相斥而逃逸的性質(zhì)；反之，為順磁性。大多數(shù)氣體為反磁性，僅O2、NO1、NO2等少數(shù)氣體呈順磁性氧的磁化率比其它氣體大得多，含氧混合氣體的磁化率主要由氧的濃度決定。氧的熱磁效應(yīng)：即氧的磁化率會(huì)隨溫度的升高而迅速降低。圖2.4-1順磁測(cè)氧元件

１－環(huán)型室；

２－永久磁鐵；

３－r1電阻線圈；

４－r2電阻線圈；

r1r2R1R2測(cè)量電橋

無(wú)氧時(shí)：連通管兩側(cè)壓力平衡，電橋平衡。有氧時(shí)：氣體被磁場(chǎng)吸入連通管而被加熱。熱磁對(duì)流：隨氧氣溫度升高，磁化率隨之降低；而后面連續(xù)流過(guò)來(lái)的冷氣體因溫度低而磁化率高，被不斷吸入連通管，所以把原先已被加熱的氣體不斷向通道右面推出，形成磁風(fēng)即熱磁對(duì)流。磁風(fēng)的強(qiáng)弱取決于氣體中氧含量的多少。左側(cè)電阻r1：附近的熱量不斷被引入的氣體帶走，溫度降低，降低的程度取決于磁風(fēng)的大小。右側(cè)電阻r2：由于氣體在前面已被加熱，所以不會(huì)受到冷卻的作用，甚至溫度還有所上升。2、熱磁效應(yīng)測(cè)氧傳感器三、KGQ7型氧氣傳感器主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0～25%O2測(cè)量誤差：±3%O2（滿量程）響應(yīng)時(shí)間：小于