第6章 礦用傳感器

章礦用傳感器

節(jié)甲烷傳感器節(jié)礦用風(fēng)速傳感器節(jié)礦用壓力傳感器節(jié)一氧化碳傳感器節(jié)礦用溫度傳感器節(jié)礦用煙霧傳感器節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器2021/6/271第六章礦用傳感器第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器第十二節(jié)便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀復(fù)習(xí)思考題2021/6/272第六章礦用傳感器

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄。2021/6/273第六章礦用傳感器

傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路以及輔助電源等部分組成，如圖6-1所示。2021/6/274第六章礦用傳感器常見的測(cè)量電路由放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等組成，它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。傳感器輸出信號(hào)有電壓、電流、頻率、脈沖等多種形式。2021/6/275第六章礦用傳感器礦用傳感器主要用于礦井環(huán)境參數(shù)和礦井工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)。礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、環(huán)境溫度、風(fēng)量、風(fēng)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(cè)參數(shù)主要有設(shè)備開停、風(fēng)筒風(fēng)量、風(fēng)門開關(guān)、輸送機(jī)開停、煤倉(cāng)煤位、采煤機(jī)組位置、排水系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、主要通風(fēng)機(jī)工作狀況等參數(shù)。2021/6/276第六章礦用傳感器礦用傳感器根據(jù)測(cè)量原理可分為電位計(jì)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、速度傳感器、溫度傳感器及氣體濃度傳感器等；根據(jù)輸出信號(hào)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(hào)和數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號(hào)。2021/6/277第六章礦用傳感器礦用傳感器應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，其防爆型式優(yōu)選本質(zhì)安全型，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，防爆標(biāo)志為ExibdⅠ。在傳感器的外殼明顯處設(shè)有Ex、MA標(biāo)志和計(jì)量器具標(biāo)志。2021/6/278第六章礦用傳感器礦用傳感器一般應(yīng)具有顯示功能，顯示應(yīng)清楚準(zhǔn)確。具有報(bào)警功能的礦用傳感器，其報(bào)警點(diǎn)應(yīng)能在測(cè)量范圍任意設(shè)定，報(bào)警聲級(jí)強(qiáng)度在距其1m遠(yuǎn)處的聲響信號(hào)的聲壓級(jí)應(yīng)不小于80dB(A)，光信號(hào)在20m遠(yuǎn)處清晰可辨。2021/6/279第六章礦用傳感器礦用傳感器應(yīng)在9～24V范圍內(nèi)工作，使用單芯截面積為1.5mm2的電纜時(shí)，傳感器與分站之間的傳輸距離不小于2km。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。2021/6/2710第六章礦用傳感器礦用傳感器應(yīng)能在下列條件下正常工作：溫度為0～40℃；相對(duì)濕度不大于98%；大氣壓力為80～116kPa；風(fēng)速不大于8m/s；存儲(chǔ)溫度為-40～60℃。2021/6/2711第六章礦用傳感器礦用傳感器的輸出信號(hào)應(yīng)滿足下列要求：電流型為1～5mA或4～20mA；頻率型為200～1000Hz，脈沖寬度大于0.3ms的電流脈沖；數(shù)字信號(hào)的傳輸速率為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps等。2021/6/2712第一節(jié)甲烷傳感器甲烷傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井環(huán)境中甲烷濃度的裝置，具有顯示和聲光報(bào)警功能。目前煤礦使用甲烷傳感器主要有煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器、甲烷抽放用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器和煤礦用高低濃度甲烷傳感器3類。應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)所、測(cè)量范圍和測(cè)量精度等要求選擇不同檢測(cè)原理的甲烷傳感器。2021/6/2713第一節(jié)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(cè)量原理低濃度載體催化式甲烷傳感器是我國(guó)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍采用的檢測(cè)井下甲烷氣體濃度儀器。載體催化元件是在鉑絲上涂有載體并浸有催化劑，用來(lái)檢測(cè)煤礦空氣中甲烷濃度的敏感元件。2021/6/2714第一節(jié)甲烷傳感器由檢測(cè)元件（黑元件）和補(bǔ)償元件（白元件）組成，補(bǔ)償元件與檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，補(bǔ)償元件表面沒有催化劑，補(bǔ)償元件與檢測(cè)元件配對(duì)使用，在不平衡電橋中對(duì)環(huán)境溫度、濕度等起補(bǔ)償作用的元件。2021/6/2715第一節(jié)甲烷傳感器檢測(cè)元件是電阻值與空氣中甲烷濃度成對(duì)應(yīng)關(guān)系的載體催化元件，由鉑絲線圈、三氧化二鋁（Al2O3）載體和表面的催化劑組成，其中三氧化二鋁載體用來(lái)固定鉑絲線圈，增強(qiáng)元件的機(jī)械強(qiáng)度。涂在元件表面的鉑(Pt)和鈀(Pd)等重金屬催化劑，使吸附在元件表面的甲烷無(wú)焰燃燒。2021/6/2716第一節(jié)甲烷傳感器鉑絲線圈用來(lái)給元件加溫，提供甲烷催化燃燒所需要的溫度，同時(shí)，甲烷燃燒放出的熱量使其升溫，通過(guò)測(cè)量其電阻變化，就可測(cè)得空氣中甲烷濃度。2021/6/2717第一節(jié)甲烷傳感器載體催化傳感器檢測(cè)原理如圖6-2所示。R1、R2—電橋電阻；C—補(bǔ)償元件；D—檢測(cè)元件；W1—調(diào)零電位器2021/6/2718第一節(jié)甲烷傳感器在甲烷濃度為0的新鮮空氣中，其檢測(cè)元件與補(bǔ)償元件電阻相等，即RC=RD，這時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓U=0。若環(huán)境溫度發(fā)生變化或通過(guò)檢測(cè)元件與補(bǔ)償元件的電流發(fā)生變化，使檢測(cè)元件與補(bǔ)償元件電阻發(fā)生變化，但由于變化后的檢測(cè)元件與補(bǔ)償元件電阻仍相等，不會(huì)使電橋失衡。因此，補(bǔ)償元件具有環(huán)境溫度補(bǔ)償作用。2021/6/2719第一節(jié)甲烷傳感器當(dāng)空氣中含有甲烷時(shí)，吸附在檢測(cè)元件表面的甲烷在檢測(cè)元件表面催化燃燒，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(cè)元件溫度上升，檢測(cè)元件鉑絲電阻也隨之增大ΔR，因此，通過(guò)測(cè)量ΔR的變化，測(cè)得空氣中的甲烷濃度。傳感器的顯示值是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量數(shù)值，以百分體積濃度表示，采用數(shù)字顯示。2021/6/2720第一節(jié)甲烷傳感器2.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(guò)上限測(cè)量范圍時(shí)，具有保護(hù)載體催化元件的功能，此時(shí)傳感器的顯示值和輸出信號(hào)值均維持在甲烷超限狀態(tài)。2021/6/2721第一節(jié)甲烷傳感器報(bào)警點(diǎn)可在測(cè)量范圍內(nèi)任意設(shè)置，報(bào)警顯示值與設(shè)定值的差值不超過(guò)±0.05%CH4。正常工作時(shí)其指示值的飄移量不超過(guò)±0.10%CH4。在甲烷濃度為0.00～4.00%CH4范圍內(nèi)，當(dāng)甲烷濃度保持恒定時(shí)，傳感器的顯示值或輸出信號(hào)值的變化量不超過(guò)0.04%CH4。2021/6/2722第一節(jié)甲烷傳感器傳感器響應(yīng)時(shí)間是甲烷濃度發(fā)生階躍變化時(shí)，輸出達(dá)到穩(wěn)定值90%的時(shí)間，其響應(yīng)時(shí)間不大于20s。傳感器在連續(xù)工作15d的基本誤差應(yīng)不超過(guò)表6-1的規(guī)定。2021/6/2723第一節(jié)甲烷傳感器二、甲烷抽采（放）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(cè)量原理熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采（放）管道中和高瓦斯采掘工作面的甲烷濃度監(jiān)測(cè)，在甲烷風(fēng)電閉鎖裝置中熱導(dǎo)元件與載體催化元件組合，構(gòu)成高低濃度甲烷傳感器。2021/6/2724第一節(jié)甲烷傳感器熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是：利用甲烷的熱導(dǎo)率高于新鮮空氣的熱導(dǎo)率，通過(guò)熱敏檢測(cè)元件測(cè)量含有甲烷的混合氣體的熱導(dǎo)率變化，從而測(cè)得甲烷的濃度。2021/6/2725第一節(jié)甲烷傳感器熱導(dǎo)式甲烷傳感器測(cè)量原理如圖6-3所示。2021/6/2726第一節(jié)甲烷傳感器傳感器內(nèi)部有一個(gè)參比室和一個(gè)測(cè)量室，兩個(gè)元件的內(nèi)部分別纏繞著細(xì)鉑絲，在參比室內(nèi)密封著參比(基準(zhǔn))氣體，而測(cè)量室可以進(jìn)入待測(cè)的氣體。兩個(gè)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(guò)各鉑絲，使之發(fā)熱，同催化燃燒式傳感器一樣，在不存在可燃?xì)怏w的時(shí)候，R1=R2，回路是平衡的。2021/6/2727第一節(jié)甲烷傳感器因此產(chǎn)生“零”數(shù)值，一旦測(cè)量室中的待測(cè)組分中發(fā)生濃度變化，則測(cè)量室中的熱導(dǎo)率會(huì)隨之變動(dòng)，從而使R1、R2上鉑絲的溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致R1、R2阻值出現(xiàn)差異，電橋失去平衡，有信號(hào)輸出。甲烷濃度越大，溫差就越大，阻值相差越大，電橋輸出信號(hào)越大。根據(jù)輸出信號(hào)的大小，計(jì)算出甲烷氣體的濃度。2021/6/2728第一節(jié)甲烷傳感器熱導(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(huì)影響甲烷濃度的測(cè)量。例如，二氧化碳濃度的增加會(huì)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，影響著甲烷傳感器的測(cè)量精度。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器必須對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，并保持氣室溫度恒定。2021/6/2729第一節(jié)甲烷傳感器熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射決定了氣室內(nèi)的熱交換，當(dāng)溫度不高時(shí)，熱交換主要取決于熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。并且氣室尺寸和氣體流速對(duì)流的影響，會(huì)進(jìn)一步對(duì)熱導(dǎo)式甲烷傳感器測(cè)量值造成影響。由于空氣中甲烷濃度的微量變化很難通過(guò)甲烷空氣混合物熱導(dǎo)率的變化測(cè)得。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器目前主要用于高濃度甲烷檢測(cè)。2021/6/2730第一節(jié)甲烷傳感器2.熱導(dǎo)式甲烷傳感器的技術(shù)要求熱導(dǎo)式甲烷傳感器的測(cè)量數(shù)值采用數(shù)字顯示以百分體積濃度表示，測(cè)量分辨率不低于0.1%CH4

。量程有4%CH4～40%CH4和4%CH4～100%CH42種。測(cè)量范圍在4%CH4～100%CH4時(shí)，甲烷濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值變化量不超過(guò)0.4%CH4。在20m/s流速條件下，其指示值漂移量不大于±0.1%CH4，響應(yīng)時(shí)間不大于30s，工作穩(wěn)定性不少于21d。2021/6/2731第一節(jié)甲烷傳感器傳感器的基本誤差不超過(guò)表6-2所示。傳感器使用電纜的單芯截面積為1.5mm2時(shí)，傳感器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的傳輸距離應(yīng)不小于2km。2021/6/2732第一節(jié)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(cè)元件組合進(jìn)行監(jiān)測(cè)甲烷濃度的傳感器稱為高低濃度甲烷傳感器。煤礦用載體催化與熱導(dǎo)組合式高低濃度甲烷傳感器是我國(guó)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)用于高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井井下甲烷氣體監(jiān)測(cè)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0～40%CH4和0～100%CH4。2021/6/2733第一節(jié)甲烷傳感器傳感器以百分體積濃度顯示表示測(cè)量值，采用數(shù)字顯示，低濃度段分辨率不低于0.01%CH4，高濃度段分辨率不低于0.1%CH4，并應(yīng)能顯示值的正或負(fù)。傳感器中載體催化元件與熱導(dǎo)元件工作轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置范圍為2%CH4～4%CH4，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(diǎn)。2021/6/2734第一節(jié)甲烷傳感器傳感器顯示值的穩(wěn)定性在0～4%CH4范圍內(nèi)，甲烷濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值或輸出信號(hào)值變化量不超過(guò)0.04%CH4。在4%CH4～100%CH4范圍內(nèi)，甲烷濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值或輸出信號(hào)值變化量不超過(guò)0.4%CH4。2021/6/2735第一節(jié)甲烷傳感器載體催化元件在測(cè)量時(shí)的基本誤差符合表6-1的規(guī)定。傳感器熱導(dǎo)元件在檢測(cè)CH4時(shí)的基本誤差應(yīng)符合表6-2的規(guī)定。傳感器催化元件和熱導(dǎo)元件轉(zhuǎn)換時(shí)不可避免出現(xiàn)附加誤差，轉(zhuǎn)換點(diǎn)的附加誤差不超過(guò)1.00%CH4。傳感器在連續(xù)工作15d的基本誤差應(yīng)符合表6-1和表6-2的規(guī)定。傳感器的響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)20s。2021/6/2736第一節(jié)甲烷傳感器目前我國(guó)煤礦常用的高低濃度甲烷傳感器有KG9701型智能高低濃度甲烷傳感器、KG9001B型智能高低濃度甲烷傳感器、AWJ-90A型高低濃度甲烷傳感器等多種型號(hào)。2021/6/2737第一節(jié)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是針對(duì)煤礦及其他含甲烷爆炸氣體環(huán)境而設(shè)計(jì)的甲烷氣體濃度檢測(cè)儀，該儀器采用紅外吸收測(cè)量原理、擴(kuò)散式采樣、數(shù)字式溫度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，檢測(cè)精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。2021/6/2738第一節(jié)甲烷傳感器測(cè)量量程有0～10%CH4和0～100%CH42種。非色散紅外甲烷傳感器按使用用途可分為A、B、C3類：A類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，測(cè)量范圍0～10%CH4；B類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，測(cè)量范圍0～100%CH4；C類傳感器用于瓦斯抽采（放）管道監(jiān)測(cè)，測(cè)量范圍0～100%CH4。這類甲烷傳感器適用于煤礦作業(yè)場(chǎng)所、瓦斯抽采（放）放泵站等存在甲烷泄漏危險(xiǎn)場(chǎng)所的甲烷氣體濃度檢測(cè)。2021/6/2739第一節(jié)甲烷傳感器1.非色散紅外甲烷傳感器的測(cè)量原理測(cè)量氣體分子的光吸收譜是氣體種類識(shí)別和氣體分子濃度測(cè)定的有效手段。甲烷對(duì)3.33μm波長(zhǎng)的紅外光有一極強(qiáng)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(wú)明顯吸收這個(gè)光譜特性，利用這一特性即可測(cè)量甲烷濃度。2021/6/2740第一節(jié)甲烷傳感器2.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、紅外接收電路、單片機(jī)電路、顯示電路、報(bào)警電路等部分組成。2021/6/2741第一節(jié)甲烷傳感器非色散紅外甲烷傳感器的原理如圖6-4所示。2021/6/2742第一節(jié)甲烷傳感器傳感元件采用光譜氣體傳感技術(shù)，當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí),甲烷對(duì)3.33μm波長(zhǎng)的紅外光有一極強(qiáng)的吸收峰，正是這個(gè)光譜特性，實(shí)現(xiàn)了甲烷氣體的檢測(cè)。2021/6/2743第一節(jié)甲烷傳感器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(dòng)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組成。當(dāng)該電路收到紅外光脈沖后，接收器將光編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行電信號(hào)送單片機(jī)進(jìn)行處理，完成各項(xiàng)操作。2021/6/2744第一節(jié)甲烷傳感器單片機(jī)從傳感元件采集代表現(xiàn)場(chǎng)甲烷濃度的電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大處理后送出200～1000Hz頻率信號(hào)。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到報(bào)警值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)晶體管發(fā)出聲報(bào)警和光報(bào)警。單片機(jī)從紅外接收電路采集紅外遙控信號(hào)，當(dāng)收到紅外遙控指令后，執(zhí)行相應(yīng)的指令進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的修改，并將修改結(jié)果送給顯示電路進(jìn)行顯示。2021/6/2745第一節(jié)甲烷傳感器數(shù)碼管的首位在顯示遙控命令時(shí)用來(lái)代表各功能代碼，后三位在有功能碼時(shí)顯示功能代碼對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，無(wú)功能代碼時(shí)顯示甲烷濃度。2021/6/2746第一節(jié)甲烷傳感器3.非色散甲烷傳感器的主要技術(shù)要求（1）輸出信號(hào)制式。電流型：直流1～5mA，4～20mA；頻率型：200～1000Hz，200～2000Hz；數(shù)字信號(hào)型：傳輸速率為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps，電平不小于3.0V。2021/6/2747第一節(jié)甲烷傳感器（2）測(cè)量數(shù)據(jù)顯示。傳感器以百分體積濃度表示測(cè)量數(shù)據(jù)并用數(shù)字顯示。測(cè)量范圍在0～10%CH4時(shí)，其分辨率不低于0.01%CH4；測(cè)量范圍在10%CH4～100%CH4時(shí)，其分辨率不低于0.1%CH4。2021/6/2748第一節(jié)甲烷傳感器（3）顯示值穩(wěn)定性。測(cè)量范圍在0～10%CH4時(shí)，甲烷濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值與輸出信號(hào)值（換算成甲烷濃度）變化量不超過(guò)0.04%CH4。測(cè)量范圍在10%CH4～100%CH4時(shí)，甲烷濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值與輸出信號(hào)值（換算成甲烷濃度）變化量不超過(guò)0.4%CH4。2021/6/2749第一節(jié)甲烷傳感器（4）基本誤差。2021/6/2750第一節(jié)甲烷傳感器（5）工作穩(wěn)定性：傳感器連續(xù)工作60d，應(yīng)符合基本誤差。（6）響應(yīng)時(shí)間：A、B類傳感器≤25s，C類傳感器≤50s。（7）傳輸距離：2km。2021/6/2751第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器礦用風(fēng)速傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)巷道中風(fēng)速大小的裝置。常用的風(fēng)速傳感器，根據(jù)原理不同主要有以下幾種類型：超聲波傳感器、熱電耦式風(fēng)速傳感器、激光多普勒風(fēng)速傳感器和孔板流量計(jì)風(fēng)速傳感器等。用于礦井的風(fēng)速傳感器主要有超聲波旋渦式和超聲波時(shí)差式兩種。2021/6/2752第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器一、超聲波旋渦風(fēng)速傳感器的原理及特點(diǎn)超聲波渦風(fēng)速傳感器又稱為超聲波渦街風(fēng)速傳感器，是基于超聲原理實(shí)現(xiàn)的。其工作原理是在旋渦發(fā)生桿（即阻力體）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；另一側(cè)安裝有一個(gè)相同的接收換能器；當(dāng)無(wú)風(fēng)速時(shí)，接收換能器接收到一束未經(jīng)調(diào)制的等幅超聲波束。2021/6/2753第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器超聲波旋渦風(fēng)速傳感器原理如圖6-5所示。2021/6/2754第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器當(dāng)有風(fēng)速時(shí)，在發(fā)生桿后面形成旋渦，旋渦與超聲波束相遇時(shí)，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(guò)旋渦部分的超聲波束的聲能被折射和反射，使到達(dá)接收器的聲能減弱；在下一個(gè)旋渦沒有到達(dá)之前，接收器信號(hào)又恢復(fù)到原來(lái)的幅值。2021/6/2755第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器只要有一個(gè)旋渦通過(guò)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)幅波頻率即為旋渦頻率。調(diào)幅波信號(hào)被接收換能器接收后進(jìn)行放大、解調(diào)、濾波等電信號(hào)處理，就可檢測(cè)出旋渦個(gè)數(shù)，從而測(cè)定風(fēng)速。2021/6/2756第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器超聲波傳感器與其他形式的傳感器相比具有以下3個(gè)特點(diǎn)：（1）無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)機(jī)械磨損，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。（2）輸出信號(hào)本身是與風(fēng)速成線性的脈沖頻率信號(hào)，沒有零點(diǎn)漂移，且敏感元件變化不會(huì)直接影響輸出，測(cè)量精度高。2021/6/2757第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器（3）輸出信號(hào)不受氣體的溫度、濕度、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監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。2021/6/2758第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器二、礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)要求測(cè)量范圍：0.4～15m/s。測(cè)量誤差：≤±0.3m/s。輸出信號(hào)：頻率型200～1000Hz或電流型1～5mA。2021/6/2759第二節(jié)礦用風(fēng)速傳感器工作電壓：12～21VDC。工作電流：≤90mA。傳輸距離：≤2km。2021/6/2760第三節(jié)礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、密閉巷道、通風(fēng)巷道等地點(diǎn)風(fēng)流壓力的裝置。礦井空氣壓力的監(jiān)測(cè)，特別是負(fù)壓的監(jiān)測(cè)是作為檢驗(yàn)礦井主要通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)壓力、通風(fēng)能力及瓦斯抽采（放）效果的一個(gè)重要指標(biāo)。在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感器較多。2021/6/2761第三節(jié)礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、密閉巷道、通風(fēng)巷道等地點(diǎn)風(fēng)流壓力的裝置。礦井空氣壓力的監(jiān)測(cè)，特別是負(fù)壓的監(jiān)測(cè)是作為檢驗(yàn)礦井主要通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)壓力、通風(fēng)能力及瓦斯抽采（放）效果的一個(gè)重要指標(biāo)。在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感器較多。2021/6/2762第三節(jié)礦用壓力傳感器一、壓力傳感器的分類及測(cè)量原理(一)壓力傳感器的分類礦用壓力傳感器有正壓傳感器和負(fù)壓傳感器2大類。正壓傳感器主要用于瓦斯抽采（放）泵站的缺水保護(hù)、循環(huán)水池液位、利用瓦斯時(shí)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(cè)等。2021/6/2763第三節(jié)礦用壓力傳感器礦用負(fù)壓傳感器主要用于連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)總負(fù)壓、礦井通風(fēng)機(jī)壓差、通風(fēng)設(shè)施內(nèi)外側(cè)壓差等。(二)壓力傳感器的測(cè)量原理

煤礦常用壓力傳感器有差動(dòng)變壓器壓力傳感器、半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器等。2021/6/2764第三節(jié)礦用壓力傳感器1.差動(dòng)變壓器壓力傳感器測(cè)量原理彈性敏感器件一般稱為膜盒，它是由2片壓有波紋的金屬薄片焊接而成。當(dāng)膜盒兩側(cè)存在壓差時(shí)，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)入前，測(cè)量桿處于差動(dòng)變壓器的中間位置，膜盒無(wú)位移，此時(shí)輸出電壓為零。2021/6/2765第三節(jié)礦用壓力傳感器當(dāng)有被測(cè)壓力導(dǎo)入時(shí)，膜盒在壓差作用下，其測(cè)量桿將產(chǎn)生與壓差成正比的位移，使差動(dòng)變壓器二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化而有電壓輸出，完成壓力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。此電壓經(jīng)信號(hào)處理電路處理后，分送傳輸、存儲(chǔ)、顯示等電路。2021/6/2766第三節(jié)礦用壓力傳感器差動(dòng)變壓器壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-6。KG4003型礦井負(fù)壓傳感器就是采用該原理工作。2021/6/2767第三節(jié)礦用壓力傳感器2.半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器測(cè)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)稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。利用半導(dǎo)體材料做成的壓阻式傳感器有2種類型：2021/6/2768第三節(jié)礦用壓力傳感器一種是利用半導(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工藝制成擴(kuò)散電阻，稱擴(kuò)散型壓阻（又稱擴(kuò)散硅壓力）傳感器。2021/6/2769第三節(jié)礦用壓力傳感器壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。2021/6/2770第三節(jié)礦用壓力傳感器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）固定，其下部是與被測(cè)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(kuò)散上4個(gè)阻值相等的電阻。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。2021/6/2771第三節(jié)礦用壓力傳感器在被測(cè)壓力作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，將所測(cè)的電橋輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)精密補(bǔ)償和處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流（電壓）信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的壓力自動(dòng)控制和檢測(cè)。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(cè)量精度高、體積小等特點(diǎn)，因此，該類型傳感器特別適用于煤礦井下風(fēng)壓的監(jiān)測(cè)。2021/6/2772第三節(jié)礦用壓力傳感器二、礦用負(fù)壓傳感器的主要技術(shù)要求額定工作電壓：12～24VDC。工作電流：≤100mA。測(cè)量范圍：0～500Pa。分辨率：10Pa。精度：滿量程的±2%。2021/6/2773第四節(jié)一氧化碳傳感器礦用一氧化碳傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井工作環(huán)境中一氧化碳濃度的裝置。我國(guó)煤礦井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測(cè)一氧化碳的設(shè)備普遍采用的是電化學(xué)式一氧化碳傳感器。2021/6/2774第四節(jié)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電化學(xué)式一氧化碳傳感器工作原理如圖6-8。2021/6/2775第四節(jié)一氧化碳傳感器其敏感元件由透氣膜、陽(yáng)極、陰極及電解液等組成。當(dāng)一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)透氣膜擴(kuò)散進(jìn)入陽(yáng)極，在催化劑的作用下與電解溶液中水發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)放出電子。而在陰極上，氧氣透過(guò)透氣膜到達(dá)催化層，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(shí)將有反應(yīng)電流通過(guò)，電流強(qiáng)度與CO濃度成正比，據(jù)此測(cè)量CO氣體的濃度。2021/6/2776第四節(jié)一氧化碳傳感器1.氣體擴(kuò)散電極含有催化劑的多孔膜構(gòu)成電極。被測(cè)氣體擴(kuò)散入膜，與電解液在氣、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（PTFE）膜，將活性材料涂覆在透氣膜上，熱壓成型構(gòu)成電極。2021/6/2777第四節(jié)一氧化碳傳感器活性層即催化層用活性粉料，如鉑黑和PTFE乳液混合，在特定條件下碾壓或噴涂，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，制成既親水又疏水的膜層。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“氣孔”。2021/6/2778第四節(jié)一氧化碳傳感器另一方面，由于催化劑是親水的，則在大部分催化劑團(tuán)粒的外表面上形成了可進(jìn)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(guò)程，使氣體擴(kuò)散到達(dá)催化劑表面，又能通過(guò)“液孔”，即催化劑周圍的薄液層，與電解液連通，以利于反應(yīng)產(chǎn)物遷移和電子傳遞。2021/6/2779第四節(jié)一氧化碳傳感器2.透氣膜一般使用非均相的微孔膜，也稱氣隙膜，如聚四氯乙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）等。它能讓氣體直接透過(guò)氣膜，而電解液中的水和離子則不透過(guò)。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。膜的質(zhì)量對(duì)敏感元件的穩(wěn)定性，特別是壽命影響很大。2021/6/2780第四節(jié)一氧化碳傳感器孔隙率是膜的重要技術(shù)參數(shù)。它是指膜片中孔的體積與總體積之比?？紫堵蚀笮∨c透氣率有關(guān)，用儀器測(cè)定一定壓差下單位時(shí)間內(nèi)空氣透過(guò)膜片單位面積的量來(lái)確定孔隙率。用大孔隙率膜可提高元件輸出靈敏度和提高響應(yīng)時(shí)間性能，但會(huì)使電解液外漏。2021/6/2781第四節(jié)一氧化碳傳感器3.電解液電解液通常用硫酸（H2SO4）或磷酸水溶液。如硫酸水溶液可電離為帶電的陽(yáng)離子H+及陰離子SO2-4,成為能導(dǎo)電的離子導(dǎo)體，它與金屬電子導(dǎo)體（Pt）串聯(lián)就可構(gòu)成電池。高純硫酸溶液傳導(dǎo)質(zhì)子性能強(qiáng)、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(huì)因元件放置位置不同而影響其響應(yīng)數(shù)值。2021/6/2782第四節(jié)一氧化碳傳感器二、一氧化碳傳感器的主要技術(shù)要求礦用一氧化碳電化學(xué)傳感器量程范圍有：0～100ppm、0～500ppm、0～500ppm以上等幾種；采用數(shù)字顯示，以10-6單位表示測(cè)量值，分辨率不低于1ppm、量程為0～100ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值或輸出信號(hào)值變化量不超過(guò)2ppm一氧化碳；2021/6/2783第四節(jié)一氧化碳傳感器量程為0～500ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時(shí)，傳感器顯示值或輸出信號(hào)值變化量不超過(guò)4ppm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)定的措施。傳感器響應(yīng)時(shí)間不大于35s。2021/6/2784第四節(jié)一氧化碳傳感器礦用一氧化碳傳感器的基本誤差應(yīng)滿足表6-5、表6-6、表6-7的要求。2021/6/2785第四節(jié)一氧化碳傳感器2021/6/2786第五節(jié)礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井環(huán)境溫度高低的裝置，用于礦井環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)的傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、半導(dǎo)體紅外熱輻射探測(cè)器、熱噪聲、光纖等類型。2021/6/2787第五節(jié)礦用溫度傳感器一、

礦用溫度傳感器的測(cè)量原理(一)熱電偶、熱電阻溫度傳感器1.熱電偶溫度傳感器將兩種不同材料的金屬A和B相連接，組成一個(gè)閉合回路，構(gòu)成感溫元件。2021/6/2788第五節(jié)礦用溫度傳感器當(dāng)金屬A和B的兩個(gè)接點(diǎn)（冷端和熱端）之間存在溫差時(shí)，就在兩者之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，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(jìn)行工作的。2021/6/2789第五節(jié)礦用溫度傳感器2.熱電阻溫度傳感器電阻隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。利用此效應(yīng)可制成金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻，用于溫度測(cè)量，分別稱為熱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（由材料的溫度系數(shù)決定），熱敏電阻可分為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）2大類。2021/6/2790第五節(jié)礦用溫度傳感器(二)半導(dǎo)體溫度傳感器用半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)型溫度傳感器稱為半導(dǎo)體溫度傳感器。半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時(shí)間快、在一定范圍內(nèi)線性度較好、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在煤礦井下比較惡劣的環(huán)境條件下，得到了較好的推廣應(yīng)用。2021/6/2791第五節(jié)礦用溫度傳感器例如，與監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的KG3004型、KG3007型溫度傳感器和KG9301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。2021/6/2792第五節(jié)礦用溫度傳感器（三）紅外、熱噪聲及光纖溫度傳感器1.紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫具有測(cè)量靈敏度高、反應(yīng)速度快、測(cè)溫范圍廣、非接觸式測(cè)溫、不影響被測(cè)介質(zhì)的溫場(chǎng)分布等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展測(cè)量技術(shù)、遙感技術(shù)及空間科學(xué)的重要手段。在礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、設(shè)備溫升測(cè)量等方面，具有很好的應(yīng)用前景。2021/6/2793第五節(jié)礦用溫度傳感器2.熱噪聲測(cè)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)溫度密切相關(guān)，熱噪聲功率與溫度呈線性關(guān)系。英國(guó)已有用于煤礦井下的該類產(chǎn)品，主要用于對(duì)火災(zāi)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2021/6/2794第五節(jié)礦用溫度傳感器3.光纖測(cè)溫原理接觸式光纖溫度傳感器是基于各種不同的光學(xué)現(xiàn)象或光學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的，如光強(qiáng)變化、干涉現(xiàn)象、折射率變化、透光率變化、熒光輻射等。半導(dǎo)體感溫元件的透射光強(qiáng)隨被測(cè)溫度的增加而減少。2021/6/2795第五節(jié)礦用溫度傳感器在光導(dǎo)纖維的一端輸入恒定光強(qiáng)的光源，因半導(dǎo)體的透射能力隨被測(cè)溫度的變化而改變，故在光導(dǎo)纖維的另一端接收元件所接收的光強(qiáng)，也將隨溫度的變化而變化。通過(guò)測(cè)量接收元件的輸出電壓，便可遙測(cè)傳感器所在位置的溫度。2021/6/2796第五節(jié)礦用溫度傳感器二、礦用溫度傳感器的主要技術(shù)要求量程：優(yōu)選-20～60℃、-10～70℃、0～40℃、0～100℃?；菊`差：顯示誤差≤±2.5%（F.S），輸出誤差≤±2.5%（F.S）。2021/6/2797第五節(jié)礦用溫度傳感器工作電壓：9～24VDC。工作電流：≤200mADC。傳輸距離：≤2km。2021/6/2798第五節(jié)礦用溫度傳感器輸出信號(hào)制式：電流型，直流1～5mA，4～20mA；頻率型，200～1000Hz，脈沖寬度≥3ms，脈沖幅度為高電平時(shí)不小于3.0V、低電平時(shí)不小于+0.5V；數(shù)字信號(hào)型，傳輸速率為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps，脈沖幅度為高電平時(shí)不小于3.0V、低電平時(shí)不小于+0.5V。2021/6/2799第五節(jié)礦用溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間：≤10s。工作穩(wěn)定性：≥15d。絕緣電阻：傳感器本安端與外殼之間，常態(tài)下，其絕緣電阻應(yīng)不小于50MΩ；交變濕熱實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)不小于1.5MΩ。2021/6/27100第六節(jié)礦用煙霧傳感器礦用煙霧傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井中帶式輸送機(jī)膠帶等著火時(shí)產(chǎn)生的煙霧濃度的裝置。目前，煤礦常用的離子煙霧傳感器是KG8005型煙霧傳感器。2021/6/27101第六節(jié)礦用煙霧傳感器一、礦用煙霧傳感器的工作原理1.光電感煙傳感器的工作原理光電感煙傳感器采用光散射原理，檢測(cè)火災(zāi)陰燃初期階段產(chǎn)生的可見煙霧粒子，當(dāng)火災(zāi)煙霧粒子濃度超限時(shí)，傳感器接收煙霧粒子散射量增加而產(chǎn)生報(bào)警，特別適用于監(jiān)測(cè)發(fā)生電氣火災(zāi)的場(chǎng)所。2021/6/27102第六節(jié)礦用煙霧傳感器光電感煙傳感器整機(jī)電路框圖及工作原理如圖6-9。2021/6/27103第六節(jié)礦用煙霧傳感器主光電室的發(fā)光元件采用近紅外發(fā)光二極管，每隔3.5s間歇性地發(fā)射近紅外光，發(fā)光持續(xù)時(shí)間為0.1ms，通過(guò)投光透鏡、遮光子使光線成圓錐形。當(dāng)環(huán)境中無(wú)煙霧粒子時(shí)，該光線因遮光子阻擋不能直接照射到受光元件（采用近紅外光太陽(yáng)電池），因此無(wú)電信號(hào)輸出，傳感器不動(dòng)作；2021/6/27104第六節(jié)礦用煙霧傳感器當(dāng)火災(zāi)煙霧擴(kuò)散到主光電室內(nèi)的A、B、C、D圍繞的圓錐部分時(shí)，可見煙霧粒子對(duì)發(fā)光元件的光線產(chǎn)生散射光，這些散射光進(jìn)入受光元件便產(chǎn)生輸出電信號(hào)，通過(guò)受光放大電路送入積分電路和開關(guān)電路，轉(zhuǎn)變?yōu)榛馂?zāi)報(bào)警信號(hào)輸出。2021/6/27105第六節(jié)礦用煙霧傳感器2.離子型煙霧傳感器的工作原理離子型煙霧傳感器是煤礦井下火災(zāi)早期監(jiān)測(cè)的主要裝備之一。離子型煙霧傳感器的主體結(jié)構(gòu)由采樣系統(tǒng)、檢測(cè)及補(bǔ)償電離室、敏感元件、整機(jī)電路等部分組成。采樣系統(tǒng)包括：開有螺線型百葉窗式擴(kuò)散槽及對(duì)流孔的采樣罩、不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)、集煙環(huán)、中隔板等組件。2021/6/27106第六節(jié)礦用煙霧傳感器采樣罩和過(guò)濾網(wǎng)采用不銹鋼材料制作；中隔板為高阻燃材料，下部設(shè)有報(bào)警指示燈、自檢開關(guān)、復(fù)位按鈕及電源和信號(hào)輸出接口。整機(jī)電路設(shè)計(jì)有就地聲、光報(bào)警、信號(hào)遠(yuǎn)傳、自檢等多種功能。2021/6/27107第六節(jié)礦用煙霧傳感器火災(zāi)發(fā)生初期,燃燒物先期釋放出大量的氣溶膠顆粒,在燃燒物四周聚集成可見煙霧后隨自然風(fēng)流沿傳感器采樣罩的螺線形百葉窗擴(kuò)散入傳感器。2021/6/27108第六節(jié)礦用煙霧傳感器在過(guò)濾網(wǎng)的阻隔下，煙霧中粒徑較大的粉塵顆粒和雜質(zhì)沿采樣罩的光滑內(nèi)表面滑落至采樣罩底部，細(xì)微的煙塵顆粒則隨螺旋上升的氣流進(jìn)入檢測(cè)電離室，與室內(nèi)的正負(fù)離子中和，在中間電極產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)煙霧濃度成正比的電壓變化增量。2021/6/27109第六節(jié)礦用煙霧傳感器此增量經(jīng)傳感器電路分析、處理后轉(zhuǎn)換成就地聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)以開關(guān)量的形式送往與之相連的井下監(jiān)控分站，實(shí)現(xiàn)井下火災(zāi)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。為保證檢測(cè)可靠，防止因浮游粉塵干擾發(fā)生非火災(zāi)誤報(bào)，也必須設(shè)置傳感器的防塵機(jī)構(gòu)。2021/6/27110第六節(jié)礦用煙霧傳感器二、礦用煙霧傳感器的主要技術(shù)要求傳感器防爆型式為本質(zhì)安全型。傳感器在12～24VDC電壓下能正常工作。2021/6/27111第六節(jié)礦用煙霧傳感器當(dāng)煙霧濃度達(dá)到5%obs/m時(shí)（obs/m是減光率的表示單位，用來(lái)表示煙霧濃度值的大小，是指光線被煙霧阻擋而受影響的程度，又稱遮蔽率），傳感器動(dòng)作且響應(yīng)時(shí)間≤20s。2021/6/27112第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器礦用風(fēng)門開關(guān)傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井風(fēng)門（開、關(guān)）狀態(tài)的裝置，屬于煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中工況傳感器，安裝在井下巷道的各級(jí)風(fēng)門上，用來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)門的開閉狀態(tài)。風(fēng)門傳感器按輸出信號(hào)制可分為電流制式、無(wú)極性接點(diǎn)制式及其他制式；按引線方式分多線制式、二線制式；按動(dòng)作值可分為定值式和可調(diào)式；按顯示功能分有顯示和無(wú)顯示；按測(cè)量方式分為接觸式和非接觸式兩大類。2021/6/27113第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器一、

礦用風(fēng)門傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理風(fēng)門開關(guān)傳感器是一種磁性驅(qū)動(dòng)的接近開關(guān)，它由磁鋼體件和主體兩部分構(gòu)成。將觸發(fā)器磁鋼安裝在風(fēng)門上，而把組件安裝在對(duì)應(yīng)的門框上。2021/6/27114第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器當(dāng)風(fēng)門關(guān)閉時(shí)，磁體組件緊靠傳感器組件，由磁力產(chǎn)生的磁場(chǎng)使傳感器組件維持閉合狀態(tài)，舌簧開關(guān)輸出一閉合信號(hào)給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站或向地面?zhèn)鬏斝盘?hào)的載波設(shè)備，在終端顯示風(fēng)門“關(guān)”狀態(tài)。2021/6/27115第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器二、礦用風(fēng)門傳感器的主要技術(shù)要求礦用風(fēng)門狀態(tài)傳感器的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合《礦用風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器通用技術(shù)條件》（MT/T844-1999）的有關(guān)要求。（1）防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志:ExibⅠ。2021/6/27116第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器（2）使用條件：環(huán)境溫度：-20～+40℃。相對(duì)濕度：≤95%（25℃）。大氣壓力：80～106kPa。風(fēng)速：0～8m/s。煤礦井下有爆炸性混合物，但無(wú)破壞絕緣的腐蝕性氣體的場(chǎng)合。2021/6/27117第七節(jié)風(fēng)門開關(guān)傳感器（3）工作電壓：9～24VDC。（4）工作電流：≤55mA。（5）響應(yīng)時(shí)間：≤1s。（6）輸出信號(hào)最大傳輸距離：2km。（7）輸出信號(hào)負(fù)載阻抗不小于1kΩ，傳感器運(yùn)動(dòng)部分與傳感器固定部分之間其動(dòng)作距離誤差不應(yīng)大于10%。2021/6/27118第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器是用于煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)風(fēng)筒狀態(tài)的裝置。當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或風(fēng)筒漏風(fēng)造成風(fēng)量不足時(shí)，輸出風(fēng)量不足信號(hào)。當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)正常工作，并且風(fēng)筒沒有漏風(fēng)，風(fēng)量滿足要求時(shí)，輸出風(fēng)量足信號(hào)。風(fēng)筒傳感器是開關(guān)量傳感器，輸出風(fēng)量足和不足兩種狀態(tài)，是甲烷風(fēng)電閉鎖裝置和礦井監(jiān)控系統(tǒng)的重要傳感器之一。2021/6/27119第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器一、礦用風(fēng)筒傳感器的工作原理現(xiàn)以GFK（A）型礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器為例介紹其工作原理。傳感器采用簡(jiǎn)單可靠的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的風(fēng)筒處于正常工作狀態(tài)或風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)量大于設(shè)定值，風(fēng)筒開關(guān)傳感器的機(jī)械觸點(diǎn)接通，說(shuō)明局部通風(fēng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；2021/6/27120第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)，即風(fēng)筒中無(wú)風(fēng)流或風(fēng)筒中風(fēng)量小于控制設(shè)定值時(shí)，風(fēng)筒開關(guān)傳感器的機(jī)械觸點(diǎn)斷開，表明局部通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)已停機(jī)或工作不正常。傳感器的接通與斷開情況，通過(guò)與其配接的設(shè)備反映出來(lái)，完成對(duì)局部通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2021/6/27121第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器二、礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器的主要技術(shù)要求測(cè)量范圍：（300～1000）mm的風(fēng)筒。測(cè)量精度：測(cè)量點(diǎn)的±5％。防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志：ExibⅠ。接點(diǎn)容量：DC18V/0.5A。2021/6/27122第八節(jié)礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器輸出型式：機(jī)械式觸點(diǎn)輸出。功能要求：當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)量充足時(shí)，觸點(diǎn)閉合；當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)量不足或風(fēng)機(jī)停開時(shí)，觸點(diǎn)斷開。傳輸距離：最大傳輸距離2km。2021/6/27123第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器主要用于監(jiān)測(cè)煤礦井下各種機(jī)電設(shè)備（如采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泵站等）的開停狀態(tài)，并把監(jiān)測(cè)到的設(shè)備開停信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳輸給礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦主要機(jī)電設(shè)備的集中自動(dòng)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)全面了解全礦的機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況。機(jī)電設(shè)備開停傳感器分為輔助觸點(diǎn)型和電磁感應(yīng)型2種。2021/6/27124第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器一、設(shè)備開停傳感器的工作原理1.輔助觸點(diǎn)型開停傳感器的工作原理輔助觸點(diǎn)型設(shè)備開停傳感器是利用機(jī)電設(shè)備的接觸器或中間繼電器的輔助觸點(diǎn)，由其閉合狀態(tài)來(lái)反映機(jī)電設(shè)備開停狀態(tài)的，所用的輔助觸點(diǎn)可以是常開的也可以是常閉的，2021/6/27125第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器其工作原理如圖6-10所示。使用觸點(diǎn)型設(shè)備應(yīng)注意本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路的隔離。2021/6/27126第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器2.電磁感應(yīng)型開停傳感器的工作原理電磁感應(yīng)型開停傳感器是通過(guò)測(cè)量向機(jī)電設(shè)備供電的電纜周圍有無(wú)電磁場(chǎng)存在，來(lái)間接地監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。其工作原理是向機(jī)電設(shè)備供電的三芯電纜中的三相電流有對(duì)稱和不對(duì)稱之分，但無(wú)論對(duì)稱與否，在電纜外皮上總可以找到一個(gè)與三芯電線不等距的點(diǎn)，該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度以靠近該點(diǎn)的芯線起主導(dǎo)作用，2021/6/27127第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器如圖6-11所示。2021/6/27128第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器傳感器中的檢測(cè)線圈測(cè)得微弱電磁感應(yīng)信號(hào)，供電電流越大，該感應(yīng)信號(hào)就越強(qiáng)。感應(yīng)出的信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大和轉(zhuǎn)換就可得到反應(yīng)機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)的電信號(hào)。2021/6/27129第九節(jié)礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器二、開停傳感器的主要技術(shù)要求供電電源：本安型15VDC。最大工作電流：30mA。輸出信號(hào)恒流：±5mA(“+”為開，“-”為停)。防爆標(biāo)志：Exib。2021/6/27130第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器饋電狀態(tài)傳感器是連續(xù)監(jiān)測(cè)礦井中饋電開關(guān)或電磁啟動(dòng)器負(fù)荷側(cè)有無(wú)電壓的裝置。礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)必須具有斷電狀態(tài)和饋電狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，對(duì)被控設(shè)備的饋電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是防止人為取消系統(tǒng)斷電功能，保證安全生產(chǎn)的重要措施之一。該類傳感器主要用于監(jiān)測(cè)電纜芯線是否帶電，并同時(shí)輸出相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集處理。2021/6/27131第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器與負(fù)載是否工作，電纜有無(wú)電流流過(guò)無(wú)關(guān)。使用時(shí)將傳感器直接卡在控制被控設(shè)備的真空開關(guān)或磁力啟動(dòng)器的負(fù)荷側(cè)電纜上；將饋電狀態(tài)傳感器的輸出接至分站的開關(guān)量輸入口。饋電狀態(tài)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、靈敏度高、易于維護(hù)、更換方便等優(yōu)點(diǎn)。2021/6/27132第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器一、饋電狀態(tài)傳感器的分類饋電狀態(tài)傳感器可分為直接接觸式和間接非接觸式檢測(cè)饋電狀態(tài)2類。直接式是指在電氣上與負(fù)荷設(shè)備直接聯(lián)系，從供電網(wǎng)絡(luò)上直接獲取信號(hào)，如用電壓互感器、電流互感器檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸出等。2021/6/27133第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器間接式是指在電氣上與負(fù)荷設(shè)備不發(fā)生直接聯(lián)系，如電磁感應(yīng)原理、霍爾原理、測(cè)溫原理、測(cè)磁原理、光電原理、接近（電感）原理等。直接接觸式又可根據(jù)檢測(cè)饋電狀態(tài)的工作原理分為電壓互感器電壓傳感器等。間接非接觸式又可以根據(jù)檢測(cè)饋電狀態(tài)的工作原理分為光纖電壓傳感器、電磁感應(yīng)電壓傳感器、霍耳電壓傳感器、電容原理電壓傳感器等。2021/6/27134第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器二、饋電傳感器的工作原理目前，饋電傳感器多采用電壓變換原理與光電原理相結(jié)合的方式，將模擬量電壓信號(hào)變換為本質(zhì)安全型開關(guān)信號(hào)。如D1、KDD2、KDG3、KGT19、GKT等型號(hào)的饋電斷電器中的饋電狀態(tài)傳感器均是采用這種工作原理。2021/6/27135第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器三、饋電傳感器的主要技術(shù)要求饋電傳感器的主要技術(shù)參數(shù)包括監(jiān)測(cè)電壓、工作電壓、工作電流、靈敏度、信號(hào)輸出方式、響應(yīng)速度、防爆類型、使用環(huán)境、接線距離等參數(shù)。各種型號(hào)的傳感器技術(shù)參數(shù)有所不同，但應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，ZZ6-KJT19饋電狀態(tài)傳感器主要技術(shù)參數(shù)為：2021/6/27136第十節(jié)饋電狀態(tài)傳感器監(jiān)測(cè)電壓：127～1140V。工作電壓：6～24V。工作電流：無(wú)電1mA/有電6mA。信號(hào)輸出：NPN晶體管共地導(dǎo)通。響應(yīng)速度：<2s。防爆型式：本質(zhì)安全型ibⅠ(150℃)。傳感器接線距離：二線制2km、三線制1.5km。2021/6/27137第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器一、瓦斯抽采流量傳感器及分類瓦斯抽采監(jiān)測(cè)中主要對(duì)管道工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行計(jì)量。通常需要監(jiān)測(cè)的量包括管道流量、甲烷濃度、負(fù)壓、溫度、一氧化碳等。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗^(guò)低、負(fù)壓波動(dòng)較大時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)出報(bào)警。2021/6/27138第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器目前，煤礦用的較普遍的流量測(cè)量裝置有孔板、渦街、旋進(jìn)漩渦、均速管、皮托管、V形錐流量計(jì)等。由于抽采管道內(nèi)濕度大、固體雜質(zhì)多、壓力小、流量變化范圍寬、流速下限低、輸送環(huán)境局限性大，因此，對(duì)瓦斯抽采流量傳感器提出了更高的要求。2021/6/27139第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器對(duì)流量傳感器的基本要求是：無(wú)可轉(zhuǎn)動(dòng)部件，測(cè)量量程比寬，不易堵塞、磨損，能夠檢測(cè)低速介質(zhì)，能夠測(cè)量多項(xiàng)流，能夠檢測(cè)低壓力介質(zhì)。2021/6/27140第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器二、V形錐流量傳感器1.V形錐流量傳感器的組成V形錐流量傳感器自帶有差壓傳感器、壓力傳感器，有鉑熱電阻溫度傳感器接口。內(nèi)裝多功能微處理器，用微處理器將差壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量計(jì)算顯示有機(jī)地結(jié)合在一起。2021/6/27141第十一節(jié)瓦斯抽采流量傳感器相互之