煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)5傳感器課件

1、 5 礦用傳感器礦用傳感器 5.1 傳感器基本知識傳感器基本知識 礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。井下哪些參數(shù)需礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。井下哪些參數(shù)需要監(jiān)測要監(jiān)測.怎樣利用傳感器進(jìn)行監(jiān)測。怎樣利用傳感器進(jìn)行監(jiān)測。 5.1.1礦井環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測礦井環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測 煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕度等參數(shù)，都屬于環(huán)境參數(shù)。及時掌握這度等參數(shù)，都屬于環(huán)境參數(shù)。及時掌握這些參數(shù)的變化規(guī)律，對礦井安全生產(chǎn)是必些參數(shù)的變化規(guī)律，對礦井安全生產(chǎn)是必不可少的。不可少的。 礦井環(huán)境參數(shù)是一些非電量的物理量，這礦井環(huán)境參數(shù)是一些非電量的物理量，這些物理量不宜直接顯示、遠(yuǎn)傳、放大和處些物

2、理量不宜直接顯示、遠(yuǎn)傳、放大和處理。實(shí)用中，采用各種傳感器將這些非電理。實(shí)用中，采用各種傳感器將這些非電量轉(zhuǎn)換為電量學(xué)，再利用各種電子設(shè)備和量轉(zhuǎn)換為電量學(xué)，再利用各種電子設(shè)備和技術(shù)手段，進(jìn)行必要的處理，然后再傳輸技術(shù)手段，進(jìn)行必要的處理，然后再傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中。到監(jiān)控系統(tǒng)中。 礦井環(huán)境參數(shù)主要有：甲烷濃度、氧氣濃礦井環(huán)境參數(shù)主要有：甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、井巷硐室和工作面溫度、度、粉塵濃度、井巷硐室和工作面溫度、風(fēng)量與負(fù)壓、一氧化碳、二氧化碳、二氧風(fēng)量與負(fù)壓、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和硫化氫等。還有頂板活動狀態(tài)、地化硫和硫化氫等。還有頂板活動狀態(tài)、地層構(gòu)造、水文情況等。層構(gòu)造、水文情

3、況等。 這些環(huán)境參數(shù)都與井下安全生產(chǎn)息息相關(guān)，這些環(huán)境參數(shù)都與井下安全生產(chǎn)息息相關(guān)，必須納入安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行實(shí)時有效地必須納入安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行實(shí)時有效地監(jiān)控。監(jiān)控。 5.1.3傳感器基本概念傳感器基本概念 5.1.3.1 傳感器傳感器 傳感器是將被測物理量傳輸或轉(zhuǎn)換為同種傳感器是將被測物理量傳輸或轉(zhuǎn)換為同種或別種物理量的檢測裝置。因此，有時把或別種物理量的檢測裝置。因此，有時把傳感器稱為變換器或換能器。傳感器稱為變換器或換能器。 5.1.3.2 傳感器的組成傳感器的組成 傳感器一般有檢測變換元件、參數(shù)處理電傳感器一般有檢測變換元件、參數(shù)處理電路、顯示裝置、傳輸信號接口等單元組成。路、顯示裝

4、置、傳輸信號接口等單元組成。通常都需要有電源參與，如圖所示。通常都需要有電源參與，如圖所示。、接 1.檢測、變換元件檢測、變換元件 直接觸及和感受被測物理量的元件，其直接觸及和感受被測物理量的元件，其輸出信號與被測參數(shù)構(gòu)成某種確定的關(guān)系，輸出信號與被測參數(shù)構(gòu)成某種確定的關(guān)系，并以所輸出的信號表示被測參數(shù)的實(shí)際量并以所輸出的信號表示被測參數(shù)的實(shí)際量值和狀態(tài)。檢測、變換元件按變換方式可值和狀態(tài)。檢測、變換元件按變換方式可分為直接變換和間接變換兩種。分為直接變換和間接變換兩種。 1）直接變換式。將檢測到的非電量直接變）直接變換式。將檢測到的非電量直接變換為電量輸出的，稱為直接變換式檢測元換為電量輸出

5、的，稱為直接變換式檢測元件。如：熱電阻可將溫度變成電阻信號，件。如：熱電阻可將溫度變成電阻信號，熱電偶可將溫度直接變換為電壓信號等等。熱電偶可將溫度直接變換為電壓信號等等。 2）間接變換式。輸入為非電量而輸出仍然）間接變換式。輸入為非電量而輸出仍然是非電量，只有再經(jīng)變換才能獲得電量信是非電量，只有再經(jīng)變換才能獲得電量信號，稱為間接變換式檢測元件。如：井下號，稱為間接變換式檢測元件。如：井下測壓用的差壓膜盒式傳感器，以及膜片或測壓用的差壓膜盒式傳感器，以及膜片或波紋管，它是先將壓力數(shù)據(jù)變換為位移值，波紋管，它是先將壓力數(shù)據(jù)變換為位移值，之后再將位移值信號變換為電量輸出。之后再將位移值信號變換為電

6、量輸出。 2.參數(shù)調(diào)節(jié)電路參數(shù)調(diào)節(jié)電路 檢測元件輸出的信號較小，不能直接推檢測元件輸出的信號較小，不能直接推動顯示器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。需經(jīng)調(diào)節(jié)電路處理動顯示器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。需經(jīng)調(diào)節(jié)電路處理后，才能送入顯示或執(zhí)行單元。后，才能送入顯示或執(zhí)行單元。 常用的調(diào)節(jié)電路包括：電橋電路、激勵常用的調(diào)節(jié)電路包括：電橋電路、激勵原、放大、濾波、隔離、線性化、阻抗變原、放大、濾波、隔離、線性化、阻抗變換、電平變換以及各種類型的計(jì)算處理等換、電平變換以及各種類型的計(jì)算處理等單元電路組成。單元電路組成。 3.顯示器顯示器 1）指示式顯示器又稱模擬顯示器，被測量）指示式顯示器又稱模擬顯示器，被測量值的大小用標(biāo)尺、指針等指示出

7、來。有的值的大小用標(biāo)尺、指針等指示出來。有的還帶有繪圖機(jī)構(gòu)，能將被測量的數(shù)值以曲還帶有繪圖機(jī)構(gòu)，能將被測量的數(shù)值以曲線形式繪制出來。線形式繪制出來。 2）數(shù)字顯示多用液晶或數(shù)碼管顯示。如：）數(shù)字顯示多用液晶或數(shù)碼管顯示。如：用七段數(shù)碼管顯示甲烷或一氧化碳濃度等。用七段數(shù)碼管顯示甲烷或一氧化碳濃度等。還可附有打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，直至與計(jì)算機(jī)還可附有打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，直至與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。聯(lián)用。 3）屏幕顯示器。這是靠電視屏幕顯示被測）屏幕顯示器。這是靠電視屏幕顯示被測量數(shù)值的裝置，可以同時顯示多個被測量量數(shù)值的裝置，可以同時顯示多個被測量值及其變化規(guī)律（曲線或表格），非常有值及其變化規(guī)律（曲線或表格），非

8、常有利于被測量值的比較和分析。利于被測量值的比較和分析。 4.傳輸信道傳輸信道 各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)，需經(jīng)電纜或各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)，需經(jīng)電纜或光纜等傳輸媒體傳送到監(jiān)控系統(tǒng)的各個環(huán)光纜等傳輸媒體傳送到監(jiān)控系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。這些數(shù)據(jù)通常是以電壓、電流或頻率節(jié)。這些數(shù)據(jù)通常是以電壓、電流或頻率等信號的形式被傳送的。為防止傳送信號等信號的形式被傳送的。為防止傳送信號過程中的干擾，現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)中多采用抗過程中的干擾，現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)中多采用抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。 傳輸信道對傳輸信號影響較大，因此，傳輸信道對傳輸信號影響較大，因此，在選擇信道有關(guān)參數(shù)時，要匹配得當(dāng)，

9、否在選擇信道有關(guān)參數(shù)時，要匹配得當(dāng)，否則，可能會導(dǎo)致信號失真和靈敏度降低等則，可能會導(dǎo)致信號失真和靈敏度降低等嚴(yán)重故障。嚴(yán)重故障。 5.1.4傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)傳感器的主要技術(shù)指標(biāo) 5.1.4.1精度精度 由于任何實(shí)際的傳感器都存在測量誤差，由于任何實(shí)際的傳感器都存在測量誤差，故其測量值只能是被測物理量近似值。為故其測量值只能是被測物理量近似值。為衡量傳感器測量值和被測物理量真實(shí)值的衡量傳感器測量值和被測物理量真實(shí)值的接近程度，引入了精度概念。接近程度，引入了精度概念。 精度包括精密度和精確度兩個概念。隨機(jī)精度包括精密度和精確度兩個概念。隨機(jī)誤差是衡量精密度的標(biāo)志。系統(tǒng)誤差則是誤差是衡量精密

10、度的標(biāo)志。系統(tǒng)誤差則是衡量準(zhǔn)確度的標(biāo)志。精度高的傳感器，其衡量準(zhǔn)確度的標(biāo)志。精度高的傳感器，其測量值與真實(shí)值的接近程度越好。測量值與真實(shí)值的接近程度越好。 5.1.4.2量程（測量范圍）量程（測量范圍） 量程是指傳感器在不超過規(guī)定精確度時量程是指傳感器在不超過規(guī)定精確度時的測量范圍。也可用傳感器允許測量值的的測量范圍。也可用傳感器允許測量值的上、下限末表示。如：低濃度甲烷傳感器上、下限末表示。如：低濃度甲烷傳感器的量程為的量程為04.0%，風(fēng)速傳感器的量程為，風(fēng)速傳感器的量程為0.315M/S等。使用時，測量值不得超過量等。使用時，測量值不得超過量程范圍。否則，會產(chǎn)生較大測量誤差，甚程范圍。否

11、則，會產(chǎn)生較大測量誤差，甚至損壞傳感器。至損壞傳感器。 5.1.4.3遲滯（也稱回差）遲滯（也稱回差） 受物理慣性等原因影響，傳感器在輸入量受物理慣性等原因影響，傳感器在輸入量X增大（正行程）或減?。ǚ葱谐蹋r，對增大（正行程）或減?。ǚ葱谐蹋r，對應(yīng)同一輸入值的輸出值是不同的。為表示應(yīng)同一輸入值的輸出值是不同的。為表示同一個輸入值所對應(yīng)的上、下兩行程測量同一個輸入值所對應(yīng)的上、下兩行程測量值曲線的不重合程度。引入了遲滯這一概值曲線的不重合程度。引入了遲滯這一概念。念。 5.1.4.4重復(fù)性重復(fù)性 在相同測試條件下，按同一方向（正行程在相同測試條件下，按同一方向（正行程或反行程）連續(xù)多次檢驗(yàn)時

12、，其多次檢驗(yàn)或反行程）連續(xù)多次檢驗(yàn)時，其多次檢驗(yàn)出的多個輸出值相互間的一致程度，稱為出的多個輸出值相互間的一致程度，稱為傳感器的重復(fù)性。傳感器的重復(fù)性。 5.1.4.5線性度線性度 理想的傳感器，其輸入和輸出之間應(yīng)是線理想的傳感器，其輸入和輸出之間應(yīng)是線性關(guān)系。但實(shí)用中的傳感器，輸入和輸出性關(guān)系。但實(shí)用中的傳感器，輸入和輸出之間不是理想的直線，而是一條變化程度之間不是理想的直線，而是一條變化程度不同的曲線。不同的曲線。 5.1.4.6敏感度敏感度 敏感度反映傳感器對被測物理量的變化程敏感度反映傳感器對被測物理量的變化程度。度。 5.1.4.7分辨率、閾值和過載分辨率、閾值和過載 傳感器能夠檢測

13、出被測信號的最小增量，傳感器能夠檢測出被測信號的最小增量，稱為該傳感器的分辨率。如：某溫度傳感稱為該傳感器的分辨率。如：某溫度傳感器量程是器量程是 -5099.9，其分辨率是，其分辨率是0.1。 閾值：能引起傳感器輸出的被測物理量最閾值：能引起傳感器輸出的被測物理量最小變化值，稱為傳感器的閾值。小變化值，稱為傳感器的閾值。 過載：在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變過載：在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的前提下，允許傳感器超過測量范圍的能的前提下，允許傳感器超過測量范圍的能力，稱為過載。力，稱為過載。 5.1.4.8漂移漂移 傳感器輸入傳感器輸入/輸出特性，隨某些外界因素輸出特性，隨某些外界因素影響而

14、出現(xiàn)緩慢變化的現(xiàn)象，稱為飄移。影響而出現(xiàn)緩慢變化的現(xiàn)象，稱為飄移。對于采用電橋電路的傳感器，零點(diǎn)飄移是對于采用電橋電路的傳感器，零點(diǎn)飄移是儀器主要性能指標(biāo)之一。儀器主要性能指標(biāo)之一。 5.1.4.9傳遞滯后時間（時滯）傳遞滯后時間（時滯） 從輸入信號發(fā)生變化的瞬間開始到所引起從輸入信號發(fā)生變化的瞬間開始到所引起的輸出量變化瞬間為止，這段時間間隔叫的輸出量變化瞬間為止，這段時間間隔叫時滯。在時滯階段，動態(tài)誤差最大，并一時滯。在時滯階段，動態(tài)誤差最大，并一直持續(xù)到時滯結(jié)束，因此，時滯值越小越直持續(xù)到時滯結(jié)束，因此，時滯值越小越好。好。 甲烷傳感器的響應(yīng)時間較長，它的時滯值甲烷傳感器的響應(yīng)時間較長，

15、它的時滯值就大，有時甚至達(dá)到安全監(jiān)控指標(biāo)不允許就大，有時甚至達(dá)到安全監(jiān)控指標(biāo)不允許的狀況。的狀況。 5.1.5傳感器的供電方式傳感器的供電方式 礦用傳感器經(jīng)歷了蓄電池或干電池供電，礦用傳感器經(jīng)歷了蓄電池或干電池供電，以及自帶整流器供電等幾種供電方式，經(jīng)以及自帶整流器供電等幾種供電方式，經(jīng)實(shí)踐證明，都存在某些缺陷。到目前為止，實(shí)踐證明，都存在某些缺陷。到目前為止，大部分監(jiān)控系統(tǒng)，都采用由分站中專為傳大部分監(jiān)控系統(tǒng)，都采用由分站中專為傳感器的供電而設(shè)置的穩(wěn)壓型或恒流型直流感器的供電而設(shè)置的穩(wěn)壓型或恒流型直流電源供電。為保證可靠供電，電源供電。為保證可靠供電，規(guī)程規(guī)程規(guī)規(guī)定，在各種供電電源裝置中，必

16、須設(shè)置能定，在各種供電電源裝置中，必須設(shè)置能滿足當(dāng)井下交流電停電時，能保證傳感器滿足當(dāng)井下交流電停電時，能保證傳感器持續(xù)工作持續(xù)工作2小時的備用蓄電池電源。小時的備用蓄電池電源。 由于為傳感器供電的電源是本安電源，其由于為傳感器供電的電源是本安電源，其輸出功率受本安指標(biāo)上限值的限制，不能輸出功率受本安指標(biāo)上限值的限制，不能突破。因此，實(shí)際工作中存在一些不好解突破。因此，實(shí)際工作中存在一些不好解決的問題。決的問題。 經(jīng)安全監(jiān)控培訓(xùn)班問卷調(diào)查，各局、礦提經(jīng)安全監(jiān)控培訓(xùn)班問卷調(diào)查，各局、礦提出的問題是：傳感器的供電距離問題。出的問題是：傳感器的供電距離問題。 監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家使用說明書中保證，傳監(jiān)控

17、系統(tǒng)生產(chǎn)廠家使用說明書中保證，傳感器供電距離為感器供電距離為2KM。實(shí)際使用中達(dá)不到。實(shí)際使用中達(dá)不到2KM就不能正常工作了。就不能正常工作了。 此種現(xiàn)象的出現(xiàn)，如果傳輸電纜截面和導(dǎo)此種現(xiàn)象的出現(xiàn)，如果傳輸電纜截面和導(dǎo)線材質(zhì)無問題，則可能因素是：線材質(zhì)無問題，則可能因素是： 1）傳輸電纜接頭太多，或接頭接觸電阻太）傳輸電纜接頭太多，或接頭接觸電阻太大大 2）穩(wěn)壓電源的輸出電壓，低于規(guī)定值。）穩(wěn)壓電源的輸出電壓，低于規(guī)定值。 3）傳感器因?yàn)閮?nèi)部發(fā)生故障（如元件損壞）傳感器因?yàn)閮?nèi)部發(fā)生故障（如元件損壞或傳感器內(nèi)部進(jìn)水等），導(dǎo)致傳感器電流或傳感器內(nèi)部進(jìn)水等），導(dǎo)致傳感器電流大于其規(guī)定電流。大于其規(guī)定

18、電流。 上述問題的解決辦法是：上述問題的解決辦法是： 1）在不超出本安電源上限指標(biāo)的前提下，）在不超出本安電源上限指標(biāo)的前提下，提高本安電源輸出電壓。提高本安電源輸出電壓。 2）更換低功耗（小電流）的傳感器。）更換低功耗（小電流）的傳感器。 3）更換大截面的傳輸電纜）更換大截面的傳輸電纜 。 5.1.6傳感器的輸出信號傳感器的輸出信號 傳感器中的敏感元件將非電量變換為電傳感器中的敏感元件將非電量變換為電信號，再經(jīng)過放大、濾波、轉(zhuǎn)換和處理等信號，再經(jīng)過放大、濾波、轉(zhuǎn)換和處理等環(huán)節(jié)，然后將這一有用信號，從輸出端輸環(huán)節(jié)，然后將這一有用信號，從輸出端輸出。它輸出的電信號，可以是諸多類型電出。它輸出的電

19、信號，可以是諸多類型電信中的一種。各種電信號都有其自身的特信中的一種。各種電信號都有其自身的特性，如：有的信號適合遠(yuǎn)傳，有的信號抗性，如：有的信號適合遠(yuǎn)傳，有的信號抗干擾能力強(qiáng)等等。絕大部分電信號都是可干擾能力強(qiáng)等等。絕大部分電信號都是可以用示波器觀察到的。電信號隨時間按何以用示波器觀察到的。電信號隨時間按何種規(guī)律變化（即波形圖），是我們研究其種規(guī)律變化（即波形圖），是我們研究其性能和查尋各類故障的可靠依據(jù)。性能和查尋各類故障的可靠依據(jù)。 安全監(jiān)控系統(tǒng)或任何一個自控系統(tǒng)，包括安全監(jiān)控系統(tǒng)或任何一個自控系統(tǒng)，包括電腦在內(nèi)，都是各種電信號在實(shí)體電路，電腦在內(nèi)，都是各種電信號在實(shí)體電路，（包括芯片、

20、阻容元件和導(dǎo)線等）中的有（包括芯片、阻容元件和導(dǎo)線等）中的有序傳遞和變換而工作的。序傳遞和變換而工作的。 電信號雖可瞬息萬變，但卻有其固有變化電信號雖可瞬息萬變，但卻有其固有變化規(guī)律。也就是，它只能按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的規(guī)律。也就是，它只能按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的規(guī)律，有條不紊地進(jìn)行規(guī)律，有條不紊地進(jìn)行“表演表演”。 為了保障各種電子控制系統(tǒng)正常可靠地運(yùn)為了保障各種電子控制系統(tǒng)正?？煽康剡\(yùn)行，對各種電信號，要以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)行，對各種電信號，要以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范。范。 5.1.6.1常用名詞術(shù)語常用名詞術(shù)語 從通信領(lǐng)域到自動控制系統(tǒng)，直至廣播電從通信領(lǐng)域到自動控制系統(tǒng)，直至廣播電視系統(tǒng)，有許多名詞術(shù)語，使用

21、頻率很高，視系統(tǒng)，有許多名詞術(shù)語，使用頻率很高，這些名詞術(shù)語又很難找到確切的定義。為這些名詞術(shù)語又很難找到確切的定義。為便于學(xué)習(xí)，下面對其予以解釋。便于學(xué)習(xí)，下面對其予以解釋。 1）電信號、開關(guān)量、模擬量）電信號、開關(guān)量、模擬量 電信號，平時泛稱信號。它幾乎是電子信電信號，平時泛稱信號。它幾乎是電子信息領(lǐng)域中的息領(lǐng)域中的“萬金油萬金油”式的名詞。人們很式的名詞。人們很少追究其詞義的嚴(yán)密性，只要意思與其接少追究其詞義的嚴(yán)密性，只要意思與其接近，就要用信號一詞表敘。近，就要用信號一詞表敘。 模擬信號用來傳送模擬量。模擬二字有模模擬信號用來傳送模擬量。模擬二字有模仿擬似之意。仿擬似之意?！澳M電子技

22、術(shù)模擬電子技術(shù)”是一門主是一門主要課程。模擬信號的突出特點(diǎn)是連續(xù)性變要課程。模擬信號的突出特點(diǎn)是連續(xù)性變化。模擬量的大小，即可用頻率型信號表化。模擬量的大小，即可用頻率型信號表示，也可用數(shù)字信號表示。示，也可用數(shù)字信號表示。 開關(guān)信號載送開關(guān)量信息。開關(guān)量可用二開關(guān)信號載送開關(guān)量信息。開關(guān)量可用二進(jìn)制中的（進(jìn)制中的（1或或0）來表示）來表示“開開”或或“關(guān)關(guān)”，并將這種反映開關(guān)量狀態(tài)的信號稱為數(shù)字并將這種反映開關(guān)量狀態(tài)的信號稱為數(shù)字信號。信號。 數(shù)字信號的特征是：以斷續(xù)、離散和脈沖數(shù)字信號的特征是：以斷續(xù)、離散和脈沖形式出現(xiàn)。數(shù)字信號中只有形式出現(xiàn)。數(shù)字信號中只有“0”（代表低（代表低電平）和

23、電平）和“1”（代表高電平）兩個代碼。（代表高電平）兩個代碼。這這“0”和和“1”兩個二進(jìn)制代碼，它是電腦兩個二進(jìn)制代碼，它是電腦中最小的中最小的“信息細(xì)胞信息細(xì)胞”。計(jì)算機(jī)的任何一。計(jì)算機(jī)的任何一種強(qiáng)大功能都是由它組合、演變出來的。種強(qiáng)大功能都是由它組合、演變出來的。 2）開關(guān)接點(diǎn)）開關(guān)接點(diǎn) 開關(guān)的機(jī)械接點(diǎn)和半導(dǎo)體器件，均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)的機(jī)械接點(diǎn)和半導(dǎo)體器件，均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)信號的輸出。接點(diǎn)可分為有源接點(diǎn)和開關(guān)信號的輸出。接點(diǎn)可分為有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)。無論是有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)，無源接點(diǎn)。無論是有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)，其輸出端的短路電流和灌入電流均應(yīng)不大其輸出端的短路電流和灌入電流均應(yīng)不大于于20mA，為

24、此而設(shè)置的限流措施應(yīng)加在供，為此而設(shè)置的限流措施應(yīng)加在供此電流的那一側(cè)電路中。此電流的那一側(cè)電路中。 為了規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)中電信號的標(biāo)準(zhǔn)，使系為了規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)中電信號的標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)能夠安全可靠地正常工作，對有源接點(diǎn)統(tǒng)能夠安全可靠地正常工作，對有源接點(diǎn)提出以下約束條件：提出以下約束條件： 在輸出電流為在輸出電流為2mA時，有源接點(diǎn)輸出的高時，有源接點(diǎn)輸出的高電平電壓不應(yīng)小于電平電壓不應(yīng)小于+3V，低電平電壓應(yīng)不大，低電平電壓應(yīng)不大于于+0.5V。 在灌入電流為在灌入電流為2mA時，無源接點(diǎn)輸出的截時，無源接點(diǎn)輸出的截止?fàn)顟B(tài)的漏電阻應(yīng)不小于止?fàn)顟B(tài)的漏電阻應(yīng)不小于100K，導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通狀態(tài)的電壓降應(yīng)不

25、大于的電壓降應(yīng)不大于+0.5V。 5.1.6.2電壓型、電流型和頻率型模擬信號電壓型、電流型和頻率型模擬信號 1、電壓型、電壓型 被測物理量的變化以電壓模擬信號的相應(yīng)被測物理量的變化以電壓模擬信號的相應(yīng)變化來表示。電壓模擬信號為變化來表示。電壓模擬信號為15V。模擬。模擬信號可以是直流或交流，可以是電壓或電信號可以是直流或交流，可以是電壓或電流。信號的范圍下限值可以從零開始，也流。信號的范圍下限值可以從零開始，也可以從某一數(shù)值開始。采用直流信號在傳可以從某一數(shù)值開始。采用直流信號在傳輸過程中容易和交流感應(yīng)的干擾信號相區(qū)輸過程中容易和交流感應(yīng)的干擾信號相區(qū)別，而且不存在相移和不受傳輸線中電感、別

26、，而且不存在相移和不受傳輸線中電感、電容的影響，因此，國際上多采用直流電電容的影響，因此，國際上多采用直流電壓和電流信號。壓和電流信號。 關(guān)于上下限值，以關(guān)于上下限值，以20mA（井下為（井下為5mA）（或（或5V）為滿度，滿度的）為滿度，滿度的20為為4mA（或（或1V）表示零信號，稱為）表示零信號，稱為“活零點(diǎn)活零點(diǎn)”，可方，可方便的識別儀表斷線、斷電等故障，而且變便的識別儀表斷線、斷電等故障，而且變送器內(nèi)部放大器需要一定的偏流（壓）才送器內(nèi)部放大器需要一定的偏流（壓）才能工作。下限為零則無法工作，電壓或電能工作。下限為零則無法工作，電壓或電流太小，產(chǎn)生的電磁力也小，精度就差。流太小，產(chǎn)生

27、的電磁力也小，精度就差。這就是這就是“活零點(diǎn)活零點(diǎn)”采用較多的主要原因。采用較多的主要原因。 2、電流型、電流型 采用電流型模擬信號來表達(dá)被測物理量采用電流型模擬信號來表達(dá)被測物理量的變化過程。電流型模擬信號為的變化過程。電流型模擬信號為15mA（優(yōu)選）和（優(yōu)選）和420mA（用于地面）。（用于地面）。 3、頻率型、頻率型 頻率型模擬信號的頻率隨被測物理量的變化而變頻率型模擬信號的頻率隨被測物理量的變化而變化。頻率型模擬信號按一般規(guī)范要求，應(yīng)滿足以化。頻率型模擬信號按一般規(guī)范要求，應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)：下幾項(xiàng)： （1）頻率范圍為：）頻率范圍為：2001000Hz（優(yōu)選）（優(yōu)選） （2）在整個頻率范圍

28、內(nèi)其正脈沖的寬度均不得）在整個頻率范圍內(nèi)其正脈沖的寬度均不得小于小于0.3ms。以防因脈沖持續(xù)時間太短，電路來。以防因脈沖持續(xù)時間太短，電路來不及響應(yīng)，而失靈。不及響應(yīng)，而失靈。 （3）有源輸出和無源輸出，對高低電平和漏電）有源輸出和無源輸出，對高低電平和漏電阻的要求，與前敘有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)相同。阻的要求，與前敘有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)相同。 （4）頻率型信號下限不為）頻率型信號下限不為0，同樣為了滿足，同樣為了滿足“活活零點(diǎn)零點(diǎn)”要求。要求。 頻率型模擬信號的特點(diǎn)頻率型模擬信號的特點(diǎn) （1）頻率信號是單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)的多）頻率信號是單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)的多少來表示被測物理量的大小，只要脈沖幅少來

29、表示被測物理量的大小，只要脈沖幅度不是太低，就不會影響信號的正常接收。度不是太低，就不會影響信號的正常接收。 （2）當(dāng)頻率型信號，在傳輸過程中因受干）當(dāng)頻率型信號，在傳輸過程中因受干擾而導(dǎo)致脈沖個數(shù)增加或減少時，所帶來擾而導(dǎo)致脈沖個數(shù)增加或減少時，所帶來的相對誤差為單位時間內(nèi)增減的脈沖數(shù)與的相對誤差為單位時間內(nèi)增減的脈沖數(shù)與所傳輸脈沖數(shù)的比值。所以影響并不大。所傳輸脈沖數(shù)的比值。所以影響并不大。 （3）頻率信號的接收是一個積分過程，在）頻率信號的接收是一個積分過程，在一個周期內(nèi)是因受干擾而增加的脈沖數(shù)與一個周期內(nèi)是因受干擾而增加的脈沖數(shù)與減少脈沖數(shù)的差值。減少脈沖數(shù)的差值。 （4）頻率型信號可

30、采用廉價的光電耦器進(jìn)）頻率型信號可采用廉價的光電耦器進(jìn)行本質(zhì)安全的防爆隔離。行本質(zhì)安全的防爆隔離。 由于頻率型信號具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以，模由于頻率型信號具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以，模擬信號宜優(yōu)選頻率型。擬信號宜優(yōu)選頻率型。 5.2監(jiān)控系統(tǒng)用傳感器監(jiān)控系統(tǒng)用傳感器 5.2.1甲烷傳感器甲烷傳感器 5.2.1.1 甲烷傳感器傳感元件工作原理概述甲烷傳感器傳感元件工作原理概述 被測物理量是通過傳感器中的傳感元件轉(zhuǎn)被測物理量是通過傳感器中的傳感元件轉(zhuǎn)換、檢測出來的。用于煤礦監(jiān)測甲烷濃度換、檢測出來的。用于煤礦監(jiān)測甲烷濃度變化的傳感元件主要有以下幾種類型。變化的傳感元件主要有以下幾種類型。 5.2.1.2鉑絲傳感

31、元件鉑絲傳感元件 鉑絲是一種電阻材料，其電阻溫度系數(shù)很鉑絲是一種電阻材料，其電阻溫度系數(shù)很高。在一定溫度范圍內(nèi)，鉑的電阻隨溫度高。在一定溫度范圍內(nèi)，鉑的電阻隨溫度變化十分明顯。變化十分明顯。 3、鉑絲傳感元件檢測甲烷工作原理、鉑絲傳感元件檢測甲烷工作原理 1）元件結(jié)構(gòu)和工作原理）元件結(jié)構(gòu)和工作原理 按規(guī)定的技術(shù)要求，將細(xì)鉑絲繞制在耐高按規(guī)定的技術(shù)要求，將細(xì)鉑絲繞制在耐高溫的石英骨架上，并加以固定和罩蓋，即溫的石英骨架上，并加以固定和罩蓋，即構(gòu)成了檢測元件。構(gòu)成了檢測元件。 工作時，在鉑絲中首先通入一個穩(wěn)定的工工作時，在鉑絲中首先通入一個穩(wěn)定的工作電流，使沼氣與氧氣在鉑絲的周圍產(chǎn)生作電流，使沼氣

32、與氧氣在鉑絲的周圍產(chǎn)生氧化反應(yīng)，氧化時釋放出大量的熱能使鉑氧化反應(yīng)，氧化時釋放出大量的熱能使鉑絲溫度上升到起燃溫度（絲溫度上升到起燃溫度（900左右），鉑左右），鉑絲周圍達(dá)到穩(wěn)定燃燒。當(dāng)沼氣濃度發(fā)生變絲周圍達(dá)到穩(wěn)定燃燒。當(dāng)沼氣濃度發(fā)生變化時，因釋放熱能變化導(dǎo)致鉑絲溫度也變化時，因釋放熱能變化導(dǎo)致鉑絲溫度也變化，當(dāng)然也就造成電鉑絲電阻值的變化，化，當(dāng)然也就造成電鉑絲電阻值的變化，鉑絲電阻值的改變，又使元件輸出電壓鉑絲電阻值的改變，又使元件輸出電壓（或電流）值作相應(yīng)變化。測量這一輸出（或電流）值作相應(yīng)變化。測量這一輸出電壓或電流值，便可測出沼氣濃度的數(shù)值。電壓或電流值，便可測出沼氣濃度的數(shù)值。 因

33、鉑絲的電阻率可達(dá)因鉑絲的電阻率可達(dá)9.81/m，且其電阻，且其電阻系數(shù)也較大，因此，在高溫條件下，只要系數(shù)也較大，因此，在高溫條件下，只要濃度稍微改變，就會導(dǎo)致鉑絲電阻值靈敏濃度稍微改變，就會導(dǎo)致鉑絲電阻值靈敏的發(fā)生變化。這就是鉑絲傳感元件分辨力的發(fā)生變化。這就是鉑絲傳感元件分辨力強(qiáng)和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。這也是鉑絲傳感元強(qiáng)和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。這也是鉑絲傳感元件在低濃度甲烷檢測中獲得廣泛應(yīng)用的原件在低濃度甲烷檢測中獲得廣泛應(yīng)用的原因。因。 2）性能特點(diǎn)。）性能特點(diǎn)。 鉑絲傳感器元件不但對甲烷濃度變化反應(yīng)鉑絲傳感器元件不但對甲烷濃度變化反應(yīng)靈敏，而且還具有耐氧化、抗毒性能好的靈敏，而且還具有耐氧化、抗毒

34、性能好的優(yōu)點(diǎn)。波蘭和法國長期使用純鉑絲作為傳優(yōu)點(diǎn)。波蘭和法國長期使用純鉑絲作為傳感器的檢出元件，取得了較好的結(jié)果。感器的檢出元件，取得了較好的結(jié)果。 鉑絲元件雖有上述優(yōu)點(diǎn)，但是在還原性介鉑絲元件雖有上述優(yōu)點(diǎn)，但是在還原性介質(zhì)中連續(xù)工作時，尤其在高溫條件下工作，質(zhì)中連續(xù)工作時，尤其在高溫條件下工作，很容易被還原出來的氣體所沾染，從而使很容易被還原出來的氣體所沾染，從而使鉑絲變脆和變細(xì)，改變了元件電阻與溫度鉑絲變脆和變細(xì)，改變了元件電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致傳感器發(fā)生零點(diǎn)漂移和的對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致傳感器發(fā)生零點(diǎn)漂移和精度降低，進(jìn)而還會大大降低元件使用壽精度降低，進(jìn)而還會大大降低元件使用壽命。此缺陷阻礙

35、了該元件的推廣。為彌補(bǔ)命。此缺陷阻礙了該元件的推廣。為彌補(bǔ)這一不足，法國生產(chǎn)的傳感器，采用時分這一不足，法國生產(chǎn)的傳感器，采用時分制脈沖電源，利用斷續(xù)的通電方法，提高制脈沖電源，利用斷續(xù)的通電方法，提高了元件的壽命。了元件的壽命。 5.2.1.3載體催化燃燒式傳感元件載體催化燃燒式傳感元件 我國和美、英、日等國家，大量使用載體我國和美、英、日等國家，大量使用載體催化燃燒式傳感元件。此類元件的特點(diǎn)是催化燃燒式傳感元件。此類元件的特點(diǎn)是體積小，功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，性能較穩(wěn)定體積小，功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，性能較穩(wěn)定和使用壽命長。到目前為止，它仍然是國和使用壽命長。到目前為止，它仍然是國內(nèi)檢測甲烷的主要傳感

36、元件。內(nèi)檢測甲烷的主要傳感元件。 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 載體熱催化元件是在細(xì)鉑絲繞制的小螺旋載體熱催化元件是在細(xì)鉑絲繞制的小螺旋線圈上包裹一層多孔結(jié)構(gòu)的氧化物體，然線圈上包裹一層多孔結(jié)構(gòu)的氧化物體，然后在其表面涂鍍一層黑色鉑族元素構(gòu)成的。后在其表面涂鍍一層黑色鉑族元素構(gòu)成的。 1）鉑絲線圈）鉑絲線圈 它是用鉑絲繞成的螺旋狀的小線圈。正常工作時它是用鉑絲繞成的螺旋狀的小線圈。正常工作時首先通入幾十至幾百毫安的電流，使催化劑加熱，首先通入幾十至幾百毫安的電流，使催化劑加熱，并達(dá)到起燃溫度，進(jìn)而利用鉑絲電阻值隨催化劑并達(dá)到起燃溫度，進(jìn)而利用鉑絲電阻值隨催化劑溫度而改變的特性，測出鉑絲電阻的增量。溫度而改變

37、的特性，測出鉑絲電阻的增量。 2）載體）載體 鉑絲線圈以骨架形式被氧化鋁包圍，這個氧化物鉑絲線圈以骨架形式被氧化鋁包圍，這個氧化物體稱為載體。體稱為載體。 為提高催化反應(yīng)效果，載體被澆注成表面均勻的為提高催化反應(yīng)效果，載體被澆注成表面均勻的多孔體，它既可牢固的固定鉑絲線圈，又能提高多孔體，它既可牢固的固定鉑絲線圈，又能提高催化劑的活性和抗毒能力。催化劑的活性和抗毒能力。 3）催化劑在載體表面涂鍍一層黑色的鉑族）催化劑在載體表面涂鍍一層黑色的鉑族金屬元素（如、鈀、鉑、銠等）。這會使金屬元素（如、鈀、鉑、銠等）。這會使甲烷與氧氣在催化劑的作用下的起燃溫度甲烷與氧氣在催化劑的作用下的起燃溫度大大降低

38、，可在大大降低，可在300500的較低溫度下的較低溫度下便可產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，即無焰燃便可產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，即無焰燃燒。燒。 5.2.1.4熱導(dǎo)式傳感元件熱導(dǎo)式傳感元件 1、熱傳導(dǎo)及熱導(dǎo)率的概念、熱傳導(dǎo)及熱導(dǎo)率的概念 1）熱傳導(dǎo)）熱傳導(dǎo) 熱能以輻射、對流和傳導(dǎo)等形式傳播。熱傳導(dǎo)是熱能以輻射、對流和傳導(dǎo)等形式傳播。熱傳導(dǎo)是氣體、液體和固體都存在的導(dǎo)熱現(xiàn)象。氣體的熱氣體、液體和固體都存在的導(dǎo)熱現(xiàn)象。氣體的熱傳導(dǎo)速度最低。傳導(dǎo)速度最低。 無論任何物體和空間，只要內(nèi)部存在溫度，熱量無論任何物體和空間，只要內(nèi)部存在溫度，熱量就會由高溫處向低溫處傳導(dǎo)。氣體中的熱傳導(dǎo)是就會由高溫處向低溫處傳導(dǎo)。

39、氣體中的熱傳導(dǎo)是由分子運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如在某一物體或空間中發(fā)生由分子運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如在某一物體或空間中發(fā)生純粹熱傳導(dǎo)時則從高溫處移至低溫處的氣體分子純粹熱傳導(dǎo)時則從高溫處移至低溫處的氣體分子數(shù)，等于從低溫處移動到高溫處的氣體分子數(shù)。數(shù)，等于從低溫處移動到高溫處的氣體分子數(shù)。 2）熱導(dǎo)率）熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率是熱傳導(dǎo)速率的簡稱。氣體分子量熱導(dǎo)率是熱傳導(dǎo)速率的簡稱。氣體分子量的大小決定著其導(dǎo)熱率的高低，氣體分子的大小決定著其導(dǎo)熱率的高低，氣體分子量越大，其導(dǎo)熱率越小，反之越大。由于量越大，其導(dǎo)熱率越小，反之越大。由于不同氣體物質(zhì)的分子量不同，所以，不同不同氣體物質(zhì)的分子量不同，所以，不同的氣體導(dǎo)熱率是不同的。

40、的氣體導(dǎo)熱率是不同的。 煤礦井下含有一定濃度甲烷的混合氣體，煤礦井下含有一定濃度甲烷的混合氣體，與不含甲烷的標(biāo)準(zhǔn)空氣的導(dǎo)熱率是不相同與不含甲烷的標(biāo)準(zhǔn)空氣的導(dǎo)熱率是不相同的。因此，只要測出含有甲烷的空氣的導(dǎo)的。因此，只要測出含有甲烷的空氣的導(dǎo)熱率，可以測出所對應(yīng)的甲烷含量。熱率，可以測出所對應(yīng)的甲烷含量。 5.2.1.5催化燃燒式甲烷傳感器催化燃燒式甲烷傳感器 載體催化燃燒式甲烷傳感器，是我國應(yīng)用載體催化燃燒式甲烷傳感器，是我國應(yīng)用最廣泛的甲烷傳感器。最廣泛的甲烷傳感器。 為測量方便，把對甲烷直接采集和測量的為測量方便，把對甲烷直接采集和測量的部分制作成探頭。探頭以作為一個獨(dú)立單部分制作成探頭。

41、探頭以作為一個獨(dú)立單元裝配在儀器內(nèi)，也可以單獨(dú)設(shè)置。元裝配在儀器內(nèi)，也可以單獨(dú)設(shè)置。 引起元件靈敏度變化的主要因素有：引起元件靈敏度變化的主要因素有： 1）由于元件處于高溫狀態(tài)下工作，催化劑）由于元件處于高溫狀態(tài)下工作，催化劑活性物質(zhì)的粒子會變大，甚至升華為氣態(tài)活性物質(zhì)的粒子會變大，甚至升華為氣態(tài)等。引起元件靈敏度下降。等。引起元件靈敏度下降。 2）催化劑升華時，會導(dǎo)致處于同一氣室的）催化劑升華時，會導(dǎo)致處于同一氣室的補(bǔ)償元件吸附微量催化劑，使甲烷能夠在補(bǔ)償元件吸附微量催化劑，使甲烷能夠在補(bǔ)償元件上燃燒，造成參比元件電阻值變補(bǔ)償元件上燃燒，造成參比元件電阻值變化。使元件靈敏度降低?；Ｊ乖`

42、敏度降低。 3）當(dāng)元件處于高濃度甲烷狀態(tài)時，因缺氧）當(dāng)元件處于高濃度甲烷狀態(tài)時，因缺氧而導(dǎo)致甲烷燃燒不充分，碳粒子會沉積在而導(dǎo)致甲烷燃燒不充分，碳粒子會沉積在催化劑的表面，或催化劑的孔隙中。造成催化劑的表面，或催化劑的孔隙中。造成元件靈敏度下降。元件靈敏度下降。 4）由于氧化鋁載體采用多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)元件）由于氧化鋁載體采用多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)元件長期處于高溫情況下，多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁長期處于高溫情況下，多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁逐漸變?yōu)閯傆裥脱趸X，載體表面積變小。逐漸變?yōu)閯傆裥脱趸X，載體表面積變小。影響元件的靈敏度。影響元件的靈敏度。 綜合穩(wěn)定性包括：傳感器放大器的穩(wěn)定性、綜合穩(wěn)定性包括：傳感器放大器的穩(wěn)定性、

43、元件零點(diǎn)的穩(wěn)定性和靈敏度的穩(wěn)定性三個元件零點(diǎn)的穩(wěn)定性和靈敏度的穩(wěn)定性三個方面，它是傳感器最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。方面，它是傳感器最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。通常情況下，以后越來越穩(wěn)定，但隨時間通常情況下，以后越來越穩(wěn)定，但隨時間推移靈敏度在穩(wěn)定下降，直至下降到正常推移靈敏度在穩(wěn)定下降，直至下降到正常靈敏度的靈敏度的50時，則認(rèn)為元件壽命終了。時，則認(rèn)為元件壽命終了。 3、響應(yīng)時間、響應(yīng)時間 響應(yīng)時間是指甲烷濃度發(fā)生階躍性變化時，電橋響應(yīng)時間是指甲烷濃度發(fā)生階躍性變化時，電橋輸出信號達(dá)到穩(wěn)定值的輸出信號達(dá)到穩(wěn)定值的90時所需要的時間。時所需要的時間。 響應(yīng)時間應(yīng)包括：響應(yīng)時間應(yīng)包括： 1）甲烷混合氣體通

44、過擴(kuò)散孔，充滿氣室并到達(dá)）甲烷混合氣體通過擴(kuò)散孔，充滿氣室并到達(dá)元件表面的整個擴(kuò)散過程的時間。元件表面的整個擴(kuò)散過程的時間。 2）甲烷在催化劑表面燃燒產(chǎn)生熱量的時間。）甲烷在催化劑表面燃燒產(chǎn)生熱量的時間。 3）使元件升溫并穩(wěn)定所需要的時間。）使元件升溫并穩(wěn)定所需要的時間。 影響響應(yīng)時間的因素很多，如：元件的尺寸、結(jié)影響響應(yīng)時間的因素很多，如：元件的尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀、氣室的通氣方式等，都會對響應(yīng)時間構(gòu)、形狀、氣室的通氣方式等，都會對響應(yīng)時間產(chǎn)生影響。產(chǎn)生影響。 4、元件中毒、元件中毒 硫化物和硅分子化合物與載體催化劑元件硫化物和硅分子化合物與載體催化劑元件接觸，會導(dǎo)致元件中毒。接觸，會導(dǎo)致元件中

45、毒。 1）硫化中毒。在元件進(jìn)行催化反應(yīng)時，若）硫化中毒。在元件進(jìn)行催化反應(yīng)時，若含硫氣體進(jìn)入氣室，也同時參與反應(yīng)，并含硫氣體進(jìn)入氣室，也同時參與反應(yīng)，并生成固體硫化物包圍在載體表面，從而引生成固體硫化物包圍在載體表面，從而引起元件活性下降。起元件活性下降。 2）有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)硫化氫含量較高時，）有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)硫化氫含量較高時，元件活性迅速下降。元件活性迅速下降。 3）硅分子中毒。井下電器設(shè)備的絕緣材料）硅分子中毒。井下電器設(shè)備的絕緣材料多數(shù)為含硅材料，在電器設(shè)備溫度升高時，多數(shù)為含硅材料，在電器設(shè)備溫度升高時，硅材料產(chǎn)生揮發(fā)物。硅的分子量較大，若硅材料產(chǎn)生揮發(fā)物。硅的分子量較大，若被吸

46、附在元件表面，會阻礙甲烷氣體的滲被吸附在元件表面，會阻礙甲烷氣體的滲入，并影響氧化反應(yīng)速度，從而使元件活入，并影響氧化反應(yīng)速度，從而使元件活性下降，縮短元件使用壽命。性下降，縮短元件使用壽命。 5、元件的激活、元件的激活 元件遭受高濃度（元件遭受高濃度（5C以上）甲烷沖擊后會出現(xiàn)以上）甲烷沖擊后會出現(xiàn)激活現(xiàn)象，激活之后，輸出值和零點(diǎn)會出現(xiàn)上升激活現(xiàn)象，激活之后，輸出值和零點(diǎn)會出現(xiàn)上升和漂移。但這種漂移不會持久，在一段時間內(nèi)它和漂移。但這種漂移不會持久，在一段時間內(nèi)它以較快的速度變化著，傳感器輸出是不穩(wěn)定的。以較快的速度變化著，傳感器輸出是不穩(wěn)定的。激活現(xiàn)象會嚴(yán)重影響傳感器的測量精度。應(yīng)該注激活

47、現(xiàn)象會嚴(yán)重影響傳感器的測量精度。應(yīng)該注意的是，激活現(xiàn)象多數(shù)發(fā)生在長期工作活性開始意的是，激活現(xiàn)象多數(shù)發(fā)生在長期工作活性開始下降的元件上，而且，是在較短時間內(nèi)接觸高濃下降的元件上，而且，是在較短時間內(nèi)接觸高濃度甲烷，若接觸高濃度甲烷的時間較長，元件不度甲烷，若接觸高濃度甲烷的時間較長，元件不僅不發(fā)生激活，還會使活性下降。僅不發(fā)生激活，還會使活性下降。 5.2.2風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器 了解風(fēng)速傳感器工作原理，掌握使用方法了解風(fēng)速傳感器工作原理，掌握使用方法和維修技術(shù)，是礦井通風(fēng)工作中不可缺少和維修技術(shù)，是礦井通風(fēng)工作中不可缺少的重要內(nèi)容。的重要內(nèi)容。 目前，各礦使用的風(fēng)速傳感器品種較多，目前，各礦

48、使用的風(fēng)速傳感器品種較多，但基本工作原理相同，現(xiàn)就煤礦通風(fēng)系統(tǒng)但基本工作原理相同，現(xiàn)就煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中常用的幾種風(fēng)速傳感器進(jìn)行分析。中常用的幾種風(fēng)速傳感器進(jìn)行分析。 5.2.2.1超聲波漩渦式風(fēng)速傳感器超聲波漩渦式風(fēng)速傳感器 這是一種利用穿過風(fēng)流的超聲波束被氣流這是一種利用穿過風(fēng)流的超聲波束被氣流漩渦調(diào)制的原理，來測量漩渦列的頻率，漩渦調(diào)制的原理，來測量漩渦列的頻率，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速的測量的。實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速的測量的。 超聲波風(fēng)速傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：超聲波風(fēng)速傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1）因無運(yùn)動部件，故無機(jī)械磨損，使用壽）因無運(yùn)動部件，故無機(jī)械磨損，使用壽命長。命長。 2）測量顯示值是與風(fēng)速成正比的頻率信號，

49、）測量顯示值是與風(fēng)速成正比的頻率信號，無零點(diǎn)漂移，且敏感元件靈敏度變化不會無零點(diǎn)漂移，且敏感元件靈敏度變化不會影響輸出，測量精度高。影響輸出，測量精度高。 3）測量結(jié)果不受流體特性（溫度、濕度、）測量結(jié)果不受流體特性（溫度、濕度、壓力、密度、礦塵等）影響。壓力、密度、礦塵等）影響。 4）響應(yīng)迅速。）響應(yīng)迅速。 5.2.2.2超聲波時差法風(fēng)速傳感器超聲波時差法風(fēng)速傳感器 此種傳感器適用于測量巷道平均風(fēng)速，故此種傳感器適用于測量巷道平均風(fēng)速，故測量時不需將任何阻力體引入通風(fēng)斷面，測量時不需將任何阻力體引入通風(fēng)斷面，因此能反應(yīng)原有的真實(shí)情況。因此能反應(yīng)原有的真實(shí)情況。 5.2.2.3光電與干簧管型葉

50、輪式風(fēng)速傳感器光電與干簧管型葉輪式風(fēng)速傳感器 葉輪式風(fēng)表是井下測風(fēng)常用儀表。葉輪風(fēng)葉輪式風(fēng)表是井下測風(fēng)常用儀表。葉輪風(fēng)速傳感器是利用葉輪轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速的原速傳感器是利用葉輪轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速的原理工作的。葉輪的軸承長期旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致磨理工作的。葉輪的軸承長期旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致磨損，所以應(yīng)定期進(jìn)行校正。應(yīng)用光電計(jì)數(shù)損，所以應(yīng)定期進(jìn)行校正。應(yīng)用光電計(jì)數(shù)原理，可以實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)量的連續(xù)監(jiān)測。原理，可以實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)量的連續(xù)監(jiān)測。 5.2.3一氧化碳（一氧化碳（CO）傳感器）傳感器 5.2.3.1電化學(xué)一氧化碳傳感器電化學(xué)一氧化碳傳感器 各種物質(zhì)在氧化還原時都有一定的氧化還原電位，各種物質(zhì)在氧化還原時都有一定的氧化還原電位，

51、CO的氧化還原電位是的氧化還原電位是0.91.1v，在還原電位條件，在還原電位條件下，下，CO可氧化還原成可氧化還原成CO2。根據(jù)這一原理，氧化。根據(jù)這一原理，氧化還原過程必然會產(chǎn)生離子電流，因此，只要測出還原過程必然會產(chǎn)生離子電流，因此，只要測出離子電流的大小，即可測算出離子電流的大小，即可測算出CO的濃度值。采用的濃度值。采用這一原理研制的這一原理研制的CO連續(xù)監(jiān)測式傳感器，在美、英、連續(xù)監(jiān)測式傳感器，在美、英、德、法和日本等國，均已取得較好的應(yīng)用效果。德、法和日本等國，均已取得較好的應(yīng)用效果。我國自行研制的我國自行研制的KG3002型連續(xù)監(jiān)測傳感器，在型連續(xù)監(jiān)測傳感器，在KJ系列安全監(jiān)控

52、系統(tǒng)中得到了廣泛使用。系列安全監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛使用。 5.2.4溫度傳感器溫度傳感器 溫度傳感器在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中占有重溫度傳感器在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中占有重要地位。無論井下環(huán)境溫度，還是重要電要地位。無論井下環(huán)境溫度，還是重要電氣設(shè)備的溫度都需要及時監(jiān)測。礦用溫度氣設(shè)備的溫度都需要及時監(jiān)測。礦用溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體、紅傳感器有熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體、紅外光和光纖式等。外光和光纖式等。 5.2.5其他傳感器其他傳感器 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，除了甲烷、一煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，除了甲烷、一氧化碳和風(fēng)速等主要傳感器外，還要對局氧化碳和風(fēng)速等主要傳感器外，還要對局部扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行

53、狀態(tài)、主扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)負(fù)壓、部扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、主扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)負(fù)壓、風(fēng)門狀態(tài)、瓦斯抽放泵抽放負(fù)壓、采掘工風(fēng)門狀態(tài)、瓦斯抽放泵抽放負(fù)壓、采掘工作面氧氣濃度和機(jī)電設(shè)備開作面氧氣濃度和機(jī)電設(shè)備開/停運(yùn)行狀態(tài)等停運(yùn)行狀態(tài)等安全生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)視。安全生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)視。 5.2.5.1觸點(diǎn)傳感器觸點(diǎn)傳感器 它是利用接觸器或繼電器的接點(diǎn)來表示開它是利用接觸器或繼電器的接點(diǎn)來表示開/關(guān)狀態(tài)的。接點(diǎn)有常開關(guān)狀態(tài)的。接點(diǎn)有常開/常閉之分。還有接常閉之分。還有接點(diǎn)容量大小、耐壓高低等指標(biāo)，使用時應(yīng)點(diǎn)容量大小、耐壓高低等指標(biāo)，使用時應(yīng)注意。注意。 利用觸點(diǎn)的動作可以反應(yīng)局扇風(fēng)筒是否被利用觸點(diǎn)的動作可以反應(yīng)局扇風(fēng)筒是否被風(fēng)吹得

54、鼓起，從而判斷局扇送風(fēng)狀態(tài)。風(fēng)吹得鼓起，從而判斷局扇送風(fēng)狀態(tài)。 接點(diǎn)簡單、實(shí)用，是應(yīng)用最廣泛的傳感器。接點(diǎn)簡單、實(shí)用，是應(yīng)用最廣泛的傳感器。 5.2.5.2干簧管傳感器干簧管傳感器 干簧管體積小、慣性小、動作快。它廣泛干簧管體積小、慣性小、動作快。它廣泛應(yīng)用于自動控制和自動檢測系統(tǒng)中。應(yīng)用于自動控制和自動檢測系統(tǒng)中。 干簧管又稱舌簧開關(guān)管，它是在小玻璃管干簧管又稱舌簧開關(guān)管，它是在小玻璃管內(nèi)安裝導(dǎo)磁性能的簧片制作而成的。在附內(nèi)安裝導(dǎo)磁性能的簧片制作而成的。在附近無磁場時，管內(nèi)簧片處于某一狀態(tài)（接近無磁場時，管內(nèi)簧片處于某一狀態(tài)（接通或斷開），當(dāng)有磁場靠近時，簧片被磁通或斷開），當(dāng)有磁場靠近時，

55、簧片被磁化產(chǎn)生磁力，使管內(nèi)簧片（也是接點(diǎn)）改化產(chǎn)生磁力，使管內(nèi)簧片（也是接點(diǎn)）改變原來的狀態(tài)（由斷開轉(zhuǎn)為閉合或由閉合變原來的狀態(tài)（由斷開轉(zhuǎn)為閉合或由閉合轉(zhuǎn)為斷開）。干簧接點(diǎn)也可在玻璃管上繞轉(zhuǎn)為斷開）。干簧接點(diǎn)也可在玻璃管上繞線圈，通電流產(chǎn)生磁場使其動作。線圈，通電流產(chǎn)生磁場使其動作。 5.2.5.3光電傳感器光電傳感器 利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關(guān)信利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關(guān)信息，并可實(shí)現(xiàn)本安與非本安電路之間的防息，并可實(shí)現(xiàn)本安與非本安電路之間的防爆隔離。爆隔離。 5.2.5.4電磁感應(yīng)式開關(guān)量傳感器電磁感應(yīng)式開關(guān)量傳感器 此類傳感器是基于電磁感應(yīng)原理工作的，此類傳感器是基于電磁

56、感應(yīng)原理工作的，當(dāng)對稱的三相交流電流過三芯電纜時，因當(dāng)對稱的三相交流電流過三芯電纜時，因其合成磁場為零，故采用閉合鐵芯套住三其合成磁場為零，故采用閉合鐵芯套住三芯電纜，檢測不到磁場。但如果使用非閉芯電纜，檢測不到磁場。但如果使用非閉合鐵芯只靠近三相中的某一相時，可以檢合鐵芯只靠近三相中的某一相時，可以檢測到該相的漏磁場。測到該相的漏磁場。 5.2.5.5壓力傳感器壓力傳感器 壓力是指垂直作用在物體單位面積上的力，壓力是指垂直作用在物體單位面積上的力，壓力測量用多用于氣體或液體等流體。但壓力測量用多用于氣體或液體等流體。但也有對固體壓力的測量，如頂板壓力測量也有對固體壓力的測量，如頂板壓力測量等

57、。等。 電容式壓力傳感器是基于將壓力轉(zhuǎn)換為電電容式壓力傳感器是基于將壓力轉(zhuǎn)換為電容器電容量的變化達(dá)到測量壓力的目的。容器電容量的變化達(dá)到測量壓力的目的。 5.3 傳感器的維護(hù)與檢修傳感器的維護(hù)與檢修 5.3.1甲烷傳感器的維修甲烷傳感器的維修 （1）報(bào)警燈損壞時，應(yīng)整體更換，不能以其他類似元件）報(bào)警燈損壞時，應(yīng)整體更換，不能以其他類似元件代替。代替。 （2）清洗和更換元件應(yīng)在地面工作室進(jìn)行。）清洗和更換元件應(yīng)在地面工作室進(jìn)行。 （3）黑白元件應(yīng)保證質(zhì)量，而且，應(yīng)成套更換，不得拆）黑白元件應(yīng)保證質(zhì)量，而且，應(yīng)成套更換，不得拆套。套。 （4）清洗時，酒精、汽油不得接觸催化元件，以防）清洗時，酒精、

58、汽油不得接觸催化元件，以防“中中毒毒”失活性。失活性。 （5）黑白元件更換后，應(yīng)重新調(diào)校一遍，方可下井使用。）黑白元件更換后，應(yīng)重新調(diào)校一遍，方可下井使用。 （6）發(fā)生故障時，可依據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)或取一臺）發(fā)生故障時，可依據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)或取一臺正常儀器，對照檢測修理。正常儀器，對照檢測修理。 5.3.2一氧化碳傳感器的維修技術(shù)一氧化碳傳感器的維修技術(shù) （1）該儀器應(yīng)派專人使用和維護(hù)，使前前應(yīng)仔）該儀器應(yīng)派專人使用和維護(hù)，使前前應(yīng)仔細(xì)閱讀說明書，了解儀器的性質(zhì)。細(xì)閱讀說明書，了解儀器的性質(zhì)。 （2）儀器出廠時，本安電路部分已經(jīng)有關(guān)部門）儀器出廠時，本安電路部分已經(jīng)有關(guān)部門審查通過，因此，不得擅自修改電路參數(shù)。審查通過，因此，不得擅自修改電路參數(shù)。 （3）儀器應(yīng)在井上修理，被更換的器