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1、,矿井安全监控系统组成示意图,主机,主机,数据处理器,文件处理器,电视墙,路由器,终端,主 站,打印机,打印机,分 站,分 站,电源,电源,执行机构,模拟量传感器,开关量传感器,执行机构,模拟量传感器,开关量传感器,井上部分,井下部分,UPS,矿井安全监控系统组成,第二节 甲烷传感器,一、组成及工作原理 组成:主要由电桥电路、线性放大电路、U/I变换电路（或U/F变换电路）数字显示电路、比较报警电路、超限保护电路以及稳压电路等单元电路组成。工作原理：利用电桥不平衡的原理。甲烷在传感元件（含敏感元件）表面，在催化剂的催化下，发生无焰燃烧，放出热量，使传感元件升温，进而使传感元件阻值增大，破坏了平
2、衡的电桥。使电桥有输出值。进而，产生瓦斯的浓度越高传感元件的阻值越高，电桥输出值越大的线形正比关系。因此，通过测量传感元件阻值变化就可测出甲烷气体的浓度。,线电桥典型电路,USC,R1,R3,R2,R4,R1*R2=R3*R4,若:R1,则:R1*R2R3*R4电桥平衡破坏USC有输出,将R1用铂金丝按一定的几何参数绕制的螺旋状、外部涂以氧化铝浆并经煅烧而成的一定形状的耐温多孔载体。其表面涂上一层催化剂。经过处理的元件接在电桥的桥臂上，而其他桥臂电阻匹配适当，满足电桥平衡的状态。当一定的工作电流通过R1时，其表面即被加热到一定的温度，而这时，当含有瓦斯气体接触到R1表面时，便被催化燃烧，燃烧放
3、出的热量又使R1的温度升高，使铂金丝的电阻值明显升高，于是电桥就失去平衡，输出一定的电压。其值与瓦斯浓度呈正比关系。因此，可以根据测量电桥的输出电压值的大小测算出瓦斯的数值。,CH4+2O2=CO2+2H2O+H CH4R1表面温度R1阻值电桥平衡破坏R1*R2R3*R4 USC电信号CH4 因涂在铂金丝的催化剂颜色为黑色，故将其称为黑元件。R2是作为桥路补偿元件，其表面未涂催化剂，故呈白色称之为白元件。,电路分析 由电桥的输出参数经线形放大器放大后，一路供到数字显示电路，显示出瓦斯的数值；一路进入比较报警电路，若示值大于预约值触发报警电路发出警报；一路进入U/I或U/F电路输出到分站。为保证
4、电桥正常稳定的工作，采用两极稳压措施。为防止传感器超限工作设有超限保护电路，免遭高浓度瓦斯对传感器造成伤害。U/F变换电路：是以“劳耶尔典型电路”为基础的电路，将一个电压或电流信号转换成低频脉冲信号。U/F变换电路的输出低频脉冲信号的个数与其输入电压（电流）的,高低成正比关系。即输入电压越高则输出的低脉冲信号个数越多。将与瓦斯浓度成正比关系的电信号，再次转换成与瓦斯浓度成正比关系的低频脉冲信号，其个数与瓦斯浓度成正比关系。二、使用注意事项：1）本仪器应固定专人使用维护，严格按使用说明书进行操作。非专 职人员禁止使用、拆开仪器和旋动电位器。2）在使用中避免猛烈摔打、碰撞。3）仪器应建立必要的登记
5、和记录制度，对每台仪器的使用、故障等情况逐一记录备案。,4）对仪器的零点、测试精度和报警点要定期调校。应及时擦拭、清扫气室内部及仪器外部的煤尘，保持清洁。5)更换黑白元件时,需成对更换。6）甲烷传感器黑白元件的最大杀手是硫化氢气体，在选择设备时要慎重。,电桥典型电路,USC,R2,R3,R4,USR,R1,r1,r1-精度电位器,r0,r0-调零电位器,开关量1）、风门开/闭传感器：是一种磁性驱动的接近开关，由干簧开关组件与磁性体组件两部分组成。干簧开关组件贴近磁体后，干簧开关组件内的触头闭合，远离后干簧开关组件触头在自身的张力下自动打开。使用中应将磁体安装在风门的门扇上，干簧开关组件安装在风
6、门的门框上。,磁 钢,干簧管,2）、设备开停传感器：利用测定磁场的方式，间接地测定设备的工作状态。通电后的导体周围必定产生磁场，测出电缆周围有无磁场存在，就检测电缆内有无电流通过，即可鉴别设备的开/停状态。利用传感头中的检测线圈，测得磁感应信号，经放大、检波、信号变换及信号输出等环节，将设备的开/停信息传到井下分站。适用于工作电流为10A以上设备。,电缆,传感器,电缆芯线,传感器,3)风筒风量传感器:风筒风量传感器主要用于监测风筒中的风量。当局部通风机停止运转或风筒漏风造成风筒出口风量不足时传感器接点打开，通过甲烷风电闭锁装置，自动切断局扇供风的工作面一切非本质安全电源。,风筒,弹簧,输出接点
7、,3)风筒风量传感器:风筒风量传感器主要用于监测风筒中的风量。当局部通风机停止运转或风筒漏风造成风筒出口风量不足时传感器接点打开，通过甲烷风电闭锁装置，自动切断局扇供风的工作面一切非本质安全电源。,风筒,弹簧,输出接点,电气原理图,数字显示电路,线性放大电路,比较报警电路,U/I U/F变换电路,测量电桥电路,超限保护电路,低压差稳压电路,集成稳压电路,4)传感器等质量不过关 与监测监控系统配接的甲烷传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。主要问题是：,a.抗高浓冲击性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降，抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因。b.对过分追求低功耗的元件，在矿井高湿度环境条件下,CH4在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面，降低元件使用寿命。c.抗中毒性能差；d.载体催化元件制作工艺水低，元件一致性差。,
