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1、姓名：邓永红教研室：实验中心,矿井安全生产监测监控系统,第二部分：第二章 便携式安全生产监测装置,本章主要内容,1、便携式检测仪的目的及功能2、便携式检测仪的电路结构3、便携式甲烷检测报警仪4、光干涉式瓦斯检定仪5、甲烷检测报警仪的日常使用、维护保养及调校,一、便携式检测仪的目的及功能,1、便携式检测仪使用的目的（1）系统式属于固定安装，灵活性不够，存在覆盖死角这一缺陷；（2）煤矿事故时有发生，国家向井下工作人员必须配备的目标努力；（3）便携式检测仪适用于防爆，可燃气体的实时检测，矿井或地下管道等场所，根据浓度显示以使工作人员作出相应的对策，有效地保证了工作人员的生命安全。(4)目前煤矿用便携
2、式检测设备主要来检测甲烷、CO、氧气、硫化氢等，设备以单种气体检测居多，也在向多种气体同时检测发展。最为常用的是便携式甲烷检测仪。,2、便携式检测仪的功能便携式设备应当具备以下主要功能1.低功耗；2.具有实时数据及时钟显示；3.具有声、光报警并且可设置调整报警点；4.可燃气体传感器高浓度保护功能；5.可燃气体传感器故障自检，可更换传感器；6.电池欠压提示；,二、便携式检测仪的电路结构,图1,二、便携式检测仪的电路结构,要设计一个便携式检测仪主要考虑以下几个部分（电路的主要组成部分）一、供电部分，从低功耗考虑，选择锂电池供电，而锂电池标准输出电压为3.6V，（所以这就要求在选择电子元器件方面从低
3、压器件入手）。另外对锂电池设计有保护电路，如图2所示，主要由锂电池保护专用集成电路DW01；充、放电（正常工作的时候）控制MOSFET(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成,图2,图3,二、CPU选择1）CPU的选择首先应该是低电压工作，低功耗；2）最好集成A/D转换功能而且精度满足要求。可以选择的CPU比较多，MICROCHIP，TI，C8051等；这里设计中选用了C8051F330单片机；（具有10位ADC，转换速率可达200ksps。供电电压2.7V-3.6V。能够满足便携式设备的要求。）三、传感器 图1中LXK-3指的是传感器电路，本文主要指各种气体传感器，下面分别介绍各种各种传感,
4、1）半导体气体传感器A）主要使用半导体气敏材料，利用气敏元件的电阻、电流或电压随气体浓度变化的原理工作的。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的气体传感器之一 2）固体电解质气体传感器它使用固体电解质材料作为气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，仅在检测环境污染领域中有优势。3）接触燃烧式气体传感器分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式。其工作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量阻值变化从而测量气体浓度。,4）高分子
5、气体传感器利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。5）电化学传感器这类传感器由膜电极和电解液灌封而成。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大于等于两年），主要适用于毒性气体的检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。,6）国内气体传感器的研究现状 1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90%以上；接触燃烧式气敏元件己具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品。2）在工
6、艺方面，引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏，发展成为选择性气敏；在结构方面，研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面，SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的A1203气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料。3）低功耗气敏元件（如CH4、CO等气敏元件）已从产品研究进入中试阶段。,三、便携式甲烷检测报警仪,1、便携式甲烷报警仪的分类 光干涉式、热导式、热催化式等，其中催化式甲烷检测报警仪具有成本低、结构简单、受背景气体和温度影响小、输出信号电流大、信号处理显示方便、易实现自动检测等优
7、点，在国内外广泛采用 2、热催化式甲烷报警仪的工作原理,图4 便携式甲烷检测报警仪工作原理,3、仪器的型号及主要性能技术指标(1)仪器按使用功能可分为：检测仪：以显示功能为主的仪器，以下称A类仪器；报警仪.以报警功能为主的仪器，以下称 B类仪器；测报仪：兼有显示和报警两种功能的仪器，以下称 C类仪器。(2)仪器按下面的方法命名和编制型号：,(3)仪器测量范围可采用：0-3%CH4；0-4%CH4；O-10%CH4。(4)仪器报警点设置范围可采用：0.5%-2%CH4。(5)仪器应能适应下列环境大气条件：贮存温度：-40-60；工作温度：0-40；相对湿度：98%；气压=68-ll5kPa；风速
8、：O-8m/s。,(6)仪器基本功能：A类和C类仪器的显示值应为二位以上(含二位)有效读数，且有显示值极性标志；B类和C类仪器应有报警和报警自检功能；各类仪器均应有电源欠压自动关断功能和防高浓甲烷冲击措施。(7)与仪器配套使用的充电器，应有充电指示及防过充功能，应保证充电效果良好。(8)仪器允许的基本误差应符合表2-1的要求，仪器允许的报警误差应符合表2-2的要求。,2-1 基 本 误 差 CH4,2-2 报 警 误 差 CH4,（9）仪器的工作位置偏离规定状态时，显示值或报警点产生的附加误差应在0.03%CH4范围内。(10)仪器的响应时间：检测元件连续工作的仪器应不大于30s；间断工作的仪
9、器应不大于l5s，其中，自动间断工作的仪器的响应时间还应比其设定的测量时间少5s。(11)仪器的报警功能应符合下列要求：报警点应能在0.50%-2.00%CH4 范围内任意设置；报警时，在距讯响器lm远处，供班组集体使用的仪器其报警声音y应不小于 80dB，其报警光信号在暗处的能见度应不小于20m。,(12)仪器的电源应采用无“记忆效应”电池或防“记忆效应”措施。电池正常充电后，各类仪器工作时间应不小于9h；工作中，均不应出现欠压和超差，且B类和C类仪器的报警性能应正常。(13)仪器连续运行7天时(每天工作9h)，其基本误差或报警误差不应超差。4、JCBC668A型多功能甲烷检测报警仪 1）工
10、作原理（见图4）,4).JCB-C668A型多功能甲烷检测报警仪电路组成,5、便携式甲烷报警仪的使用与维护 1）维护A）便携式甲烷检测报警仪应设专职人员负责充电、收发及维护。B）每班要清理隔爆罩上的煤尘，下井前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压值，不符合要求的禁止发放使用。C）便携式甲烷检测报警应固定专人使用，用时要严格按照产品说明书进行操作，严禁擅自调校和拆开仪器。,2）使用A）使用时首先在清洁空气中打开电源，预热l5分钟，观察指示是否为零，如有偏差，则需调零。B）测量时，用手将仪器的传感器部位举至或悬挂在检测点，经30s的自然扩散，即可读取瓦斯浓度的数值；C）也可由工作人员随身携带，
11、在瓦斯超限发出声、光报警时，再重点监视环境瓦斯或采取相应措施。,JCB-C2000型智能甲烷检测报警仪 一、此报警仪，是采用微电脑数字技术的超小型便携式智能仪表；二、主要用于检测煤矿井下空气中的甲烷气体浓度，具有自动调零、报警、连续自动记录120组数据等功能。三、体积小、密封好、精度高、稳定可靠，可供井下所有工作人员携带使用。,四、光干涉式瓦斯检定仪,我国煤矿使用的光干涉瓦斯检定器类型很多。现以抚顺煤矿安全仪器厂生产的AQG-1甲烷测定器为例讲解。,五、甲烷检测报警仪的日常使用、维护保养及调校,1.便携式甲烷检测报警仪在煤矿井下的使用（1）根据煤矿安全规程和企业有关规定：矿副总以上干部、专业技
12、术人员、放炮员、防突员、监测工、掘进机司机、电瓶车司机、井下流动性电钳工、采煤机司机、钻机司机、安监处长、调度所长、技术科长等单位的班队长必须携带便携式甲烷报警仪。（2）在煤矿井下必须每天检查安全监控设备及电缆是否正常，使用便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员。当两者计数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在8h内对2种设备调校完毕。,（3）高瓦斯和煤（岩）与瓦斯突出矿井的采煤工作面上隅角，必须设置便携式甲烷检测报警仪。（4）采煤机和掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪，掘进班（队）长和采煤班（队）长的便携式甲烷检测报
13、警仪必须悬挂在采煤面的上隅角。（5）在煤（岩）与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，进风的主要运输巷道和回风巷道内，使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时，蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪，柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5%时，必须停止机车运行。6）当煤矿井下工作地点的瓦斯浓度达到便携式甲烷检测报警仪报警值时，便携式甲烷检测报警仪发出警报，施工地点必须立即停止工作，并严格按有关规定处理。,2.便携式甲烷检测报警仪维护（1）便携式甲烷检测报警仪属国家强制检定的计量器具，每年必须由国家法定计量检定机构或授权的计量检定机构检定合格，并有检定
14、合格证书且在证书的有效期内，方可使用。此外，还须建立计量器具管理台账，保证定期按周期检定。(仪校要求)（2）根据煤矿安全规程规定，为保持便携式甲烷检测报警仪性能稳定，除按周期检定外，还必须每7天对仪器的零点、基本误差和报警值使用校准气样和空气样调校1次。（3）必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值，不符合要求的严禁发放使用。（专人管理）,（4）使用人员在使用便携式甲烷检测报警仪前，必须详细阅读本产品的使用说明书，并严格按说明书的要求操作使用。（专人使用）（5）使用人员在使用便携式甲烷检测报警
15、仪的过程中，要加强对便携式甲烷检测报警仪的爱护和保管，不准随意打开，严禁摔、碰、挤压和接近水、火及其他有害物质，保证其完好无损。如发现电压不足或异常情况，应立即停止使用，便携式甲烷检测报警仪的正常使用时间为8h，班后应立即交回充电。（使用要求）（6）便携式甲烷检测报警仪应编号上架，其收发、充电、维修、调校等均要有详细的记录，记录内容应完整、真实，填写规范。,（7）发放工对交回的便携式甲烷检测报警仪每日应进行充电，充电时间为（10-12）h，以保证正常使用。并认真填写交接台账，做到所发的仪器和牌子对号、准确，收发时间清楚。对收回的仪器要及时检查，发现问题要及时记录，及时报告。（充电要求）（8）长期不使用的便携式甲烷检测报警仪应每月进行一次充放电操作。（9）便携式甲烷检测报警仪的维修、调校必须由经过专业培训的计量人员进行。,作业与下章预习,1、作业题1）便携式设备应当具备哪些主要功能？2）5.便携式甲烷报警仪的使用与维护应注意哪些？2、预习第三章 便携式安全生产检测装置,谢 谢！,
