瓦斯传感器复习过程

1、 瓦斯传感器 矿山固定设备方面矿山固定设备方面 提升安全运行，以微机为核心的提升机后备保护提升安全运行，以微机为核心的提升机后备保护装置的开发得到迅速发展，提升机控制使用了行程位装置的开发得到迅速发展，提升机控制使用了行程位置传感器、提升机深度指示器、提升机过卷保护器、置传感器、提升机深度指示器、提升机过卷保护器、电压、电流变送器、功率变送器、防爆磁性开关等。电压、电流变送器、功率变送器、防爆磁性开关等。 风机、水泵微机监测系统和压风机自动化监测系风机、水泵微机监测系统和压风机自动化监测系统已投入使用。统已投入使用。 目前使用的传感器有目前使用的传感器有: :电压、电流功率变送器、负电压、电流

2、功率变送器、负压、风速、转速、水泵效率检测、水仓水位、压力、压、风速、转速、水泵效率检测、水仓水位、压力、二级排气温度定点式、风包定点、轴承定点式温度、二级排气温度定点式、风包定点、轴承定点式温度、自动风门传感器等。自动风门传感器等。矿用传感器现状矿用传感器现状 煤矿电力调度监控系统方面煤矿电力调度监控系统方面 目前使用的传感器有目前使用的传感器有: :电压、电流变送器、有功功电压、电流变送器、有功功率变送器、功率因数传感器。率变送器、功率因数传感器。矿用传感器现状矿用传感器现状 矿井环境、生产监测、监控系统方面矿井环境、生产监测、监控系统方面 传感器是实现煤矿安全生产设备自动化必不可少的传感

3、器是实现煤矿安全生产设备自动化必不可少的部份。监测监控系统的传感器齐全程度及系列产品已部份。监测监控系统的传感器齐全程度及系列产品已具备相当水平，井下机电设备开具备相当水平，井下机电设备开/ /停检测，由称重传感停检测，由称重传感器、测速传感器等组成的矿用微机皮带秤，监测料仓器、测速传感器等组成的矿用微机皮带秤，监测料仓料位的超声波料位计，本安电容液位计，使用于机电料位的超声波料位计，本安电容液位计，使用于机电设备外壳温度检测的温度传感器、环境温度、高低浓设备外壳温度检测的温度传感器、环境温度、高低浓度瓦斯、水压、超声风速、供电状态、馈电开关、超度瓦斯、水压、超声风速、供电状态、馈电开关、超声

4、计数、一氧化碳、二氧化碳、氧气、负压、烟雾、声计数、一氧化碳、二氧化碳、氧气、负压、烟雾、风门开关等几十种传感器。风门开关等几十种传感器。矿用传感器现状矿用传感器现状 矿并运输自动化方面矿并运输自动化方面 我国井下主煤运输还是以轨道运输为主，矿用电机我国井下主煤运输还是以轨道运输为主，矿用电机车行车安全检测装置中使用了速度、里程累计、电池容车行车安全检测装置中使用了速度、里程累计、电池容量、电池电压、超速报警、架线电压监测等传感器。量、电池电压、超速报警、架线电压监测等传感器。 8080年代以后，随着工作面产量日益增加，在一些大年代以后，随着工作面产量日益增加，在一些大中型矿井中主煤运输逐步被

5、胶带输送机所代替，备有打中型矿井中主煤运输逐步被胶带输送机所代替，备有打滑、跑偏、断带、纵撕、物料探测、堆煤、烟雾、温度滑、跑偏、断带、纵撕、物料探测、堆煤、烟雾、温度( (轴承、环境轴承、环境) )、速度、防尘洒水、灭火洒水等门类齐全、速度、防尘洒水、灭火洒水等门类齐全的保护装置，真空开关过流过压保护、沿线紧急闭锁保的保护装置，真空开关过流过压保护、沿线紧急闭锁保护、电机电流检测等功能，选配有超声料位计、电子胶护、电机电流检测等功能，选配有超声料位计、电子胶带秤或核子胶带秤等设备，并有多种故障保护功能。每带秤或核子胶带秤等设备，并有多种故障保护功能。每种传感器都有相应的开关量或模拟量输出，使

6、系统功能种传感器都有相应的开关量或模拟量输出，使系统功能更加完善。更加完善。矿用传感器现状矿用传感器现状 矿用传感器发展矿用传感器发展 举例举例 采煤机机组位置检测传感器，采用微机芯片后，不仅可采煤机机组位置检测传感器，采用微机芯片后，不仅可检测机组位置，还可显示走行方向、走行速度、每班的检测机组位置，还可显示走行方向、走行速度、每班的割煤量等；割煤量等； 胶带电子秤除单一显示累计运输量外，还可显示瞬时运胶带电子秤除单一显示累计运输量外，还可显示瞬时运量、最大运量、平均运量，自动校正自重减少计量误差；量、最大运量、平均运量，自动校正自重减少计量误差； 煤仓超声波料位计增加，排除干扰信号、进行各

7、种参煤仓超声波料位计增加，排除干扰信号、进行各种参数的修正，并可自动报警，一台主机可带多个探头等数的修正，并可自动报警，一台主机可带多个探头等功能；功能； 提升机的行程位置传感器不但显示箕斗的位置，还可提升机的行程位置传感器不但显示箕斗的位置，还可计算出箕斗的运行速度，根据给定的速度运行图，自计算出箕斗的运行速度，根据给定的速度运行图，自动调节运行速度以达到缩短运行周期，提高运量并能动调节运行速度以达到缩短运行周期，提高运量并能自动运行准确停车的效果。自动运行准确停车的效果。 电参数智能化传感器不仅可测出电流、电压、有功功电参数智能化传感器不仅可测出电流、电压、有功功率、无功功率，还可提供短路

8、、过载，断相以及相位率、无功功率，还可提供短路、过载，断相以及相位保护等；即使是一台简单的速度传感器，智能化后便保护等；即使是一台简单的速度传感器，智能化后便可测运转周期、累计转数并且大大扩展了测量范围。可测运转周期、累计转数并且大大扩展了测量范围。 矿用传感器发展矿用传感器发展 矿用传感器应提供新品、产品系列化、高功能、智能化矿用传感器应提供新品、产品系列化、高功能、智能化等来满足发展的需要，与煤矿重要的机电设备有机结合等来满足发展的需要，与煤矿重要的机电设备有机结合形成新一代的机电一体化的产品。形成新一代的机电一体化的产品。 例如：例如： 采煤机，配双向倾抖度、煤岩分界、油量、油压、油采煤

9、机，配双向倾抖度、煤岩分界、油量、油压、油温、轴承温度、电流、电压、振动等，并与微机组成健温、轴承温度、电流、电压、振动等，并与微机组成健康检测及故障诊断使采煤机更新换代。同样对液压支架、康检测及故障诊断使采煤机更新换代。同样对液压支架、运输机、转载机等进行开发，使工作面顺槽控制得以实运输机、转载机等进行开发，使工作面顺槽控制得以实现。现。 矿用传感器发展矿用传感器发展 机器人开发机器人开发 煤炭工业是多种技术综合应用的行业，工种多且作业煤炭工业是多种技术综合应用的行业，工种多且作业复杂，可供选择机器人作为开发的目标产品，其选择范复杂，可供选择机器人作为开发的目标产品，其选择范围宽，自由度大，

10、如掘进、采煤、凿岩、支护喷浆、水围宽，自由度大，如掘进、采煤、凿岩、支护喷浆、水采、消防、救灾等机器人。采、消防、救灾等机器人。 机器人开发特点不表现在机械本身，而主要是完善机器人开发特点不表现在机械本身，而主要是完善的传感器及完整的软硬件，实现井下无人采煤要研制在的传感器及完整的软硬件，实现井下无人采煤要研制在规律和不稳定煤层中制导机器的传感器。规律和不稳定煤层中制导机器的传感器。 机器人内部传感器是用于检测对象和作业环境，需机器人内部传感器是用于检测对象和作业环境，需要使用各门类各品种传感器、如加速度、速度、线位移、要使用各门类各品种传感器、如加速度、速度、线位移、角位移等内部传感器，视觉

11、、听觉等非接触外部传感器，角位移等内部传感器，视觉、听觉等非接触外部传感器，接触、压觉、滑觉、硬觉等接触外部传感器。接触、压觉、滑觉、硬觉等接触外部传感器。 矿用传感器发展矿用传感器发展 总的途径和趋势总的途径和趋势: :高精度、微型化、集成化、数高精度、微型化、集成化、数字化、智能化字化、智能化。高精度高精度 为了提高煤矿环境的测控精度，必须使传感器的精度尽为了提高煤矿环境的测控精度，必须使传感器的精度尽可能地高，例如可能地高，例如COCO传感器，希望测试精度能优于传感器，希望测试精度能优于l l，风，风速传感器的精度要求优于速传感器的精度要求优于2 2。 微型化微型化 微型化传感器主要由硅

12、材料构成微型化传感器主要由硅材料构成, , 具有体积小、重量轻、具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。其核心技术是研究微反应快、灵敏度高以及成本低等优点。其核心技术是研究微电子和微机械加工与封装技术的巧妙结合电子和微机械加工与封装技术的巧妙结合, , 期望能够由此而期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。它对于经常变换作制造出体积小巧但功能强大的新型系统。它对于经常变换作业场所的煤炭企业，易于搬迁、移动，更具特殊意义。业场所的煤炭企业，易于搬迁、移动，更具特殊意义。矿用传感器发展矿用传感器发展 集成化集成化 两个含义：第一是将传感器与放大器、检测电路等集两个含义：第一

13、是将传感器与放大器、检测电路等集成在同一芯片上成在同一芯片上 既减小体积，又增加抗干扰能力。第二既减小体积，又增加抗干扰能力。第二是将同一类传感器集成在同一芯片上构成多功能传感器，是将同一类传感器集成在同一芯片上构成多功能传感器，它可以同时测量煤壁、顶底板等表面状况。它可以同时测量煤壁、顶底板等表面状况。 数字化数字化 数字化对数字式传感器的研究是很重要的，它可以使数字化对数字式传感器的研究是很重要的，它可以使传感器直接与计算机联机。传感器直接与计算机联机。矿用传感器发展矿用传感器发展 智能化智能化 定义：指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处定义：指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理

14、和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。的传感器系统。 这一类传感器就相当于是这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体微型机与传感器的综合体一一样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。温度传感器和环境压力传感器。 采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变采用这种

15、技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差，硬件系统除了能够对传感器的化而导致的测量误差，硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算机之间的通信联络。机之间的通信联络。矿用传感器发展矿用传感器发展 热导法热导法 光干涉法光干涉法（重点掌握）（重点掌握） 红外光谱系数法红外光谱系数法 超声波测量法超声波测量法 气敏半导体法气敏半导体法 热载体催化元件热载体催化元件（重点掌握）（重点掌握）检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法 原理原理 热导率是组成混合气体的成分及各成分所占百分比的热导率是组成混合气体的成分及

16、各成分所占百分比的函数。因此，测出气体的热导率就可以确定混合气体的函数。因此，测出气体的热导率就可以确定混合气体的成分。按此原理就可测量井下气体中成分。按此原理就可测量井下气体中CHCH4 4的含量。的含量。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法热导法热导法 缺点缺点 （1 1）待测气体的热导率与空气的热导率相差越远，）待测气体的热导率与空气的热导率相差越远，得到的信号就越强。得到的信号就越强。 瓦斯的热导率近似为空气热导率的瓦斯的热导率近似为空气热导率的1.31.3倍，两者悬倍，两者悬殊不大，因此用热导法测量低浓度瓦斯，传感器输出殊不大，因此用热导法测量低浓度瓦斯，传感器输出的信号很小，测量误

17、差相应增加。的信号很小，测量误差相应增加。 （2 2）热导仪器的零点漂移严重，也不适宜测量低）热导仪器的零点漂移严重，也不适宜测量低浓度瓦斯。浓度瓦斯。 一般情况下，热导仪器常与载体催化型仪器配套一般情况下，热导仪器常与载体催化型仪器配套使用，用来测量使用，用来测量% %100% CH100% CH4 4的高浓度瓦斯。的高浓度瓦斯。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法热导法热导法 原理原理 利用瓦斯与空气利用瓦斯与空气对光线的折射率不对光线的折射率不同而制成。同而制成。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法光干涉法光干涉法 由由光源光源1 1发出的光，发出的光，经经聚光镜聚光镜2 2和和狭缝狭缝

18、3 3到达到达平面镜平面镜4 4，并经其反射，并经其反射与折射形成两束光，分与折射形成两束光，分别通过空气室别通过空气室5 5和甲烷和甲烷室室6 6，再经折射棱镜，再经折射棱镜7 7折折射后，两束光经平面镜射后，两束光经平面镜4 4反射，一同进入反射反射，一同进入反射棱镜棱镜8 8，再反射给望远，再反射给望远镜系统镜系统9 9。在物镜的焦。在物镜的焦平面上产生干涉条纹。平面上产生干涉条纹。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法光干涉法光干涉法 工作原理：工作原理：当甲烷室与空气室同时充入空气时，两束当甲烷室与空气室同时充入空气时，两束光所经过的光程相同，则干涉条纹不产生移动。如改光所经过的光程相

19、同，则干涉条纹不产生移动。如改变在甲烷室中的气体成分、温度或压力，则因折射率变在甲烷室中的气体成分、温度或压力，则因折射率改变，光程也随之改变，干涉条纹便会发生移动。改变，光程也随之改变，干涉条纹便会发生移动。当当两室温度和压力相等时，干涉条纹的移动量与甲烷浓两室温度和压力相等时，干涉条纹的移动量与甲烷浓度成正比。测量这个移动量，便可测定空气中的甲烷度成正比。测量这个移动量，便可测定空气中的甲烷含量。含量。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法光干涉法光干涉法 优点优点 安全可靠、操作简单、测量范围广（安全可靠、操作简单、测量范围广（0 010%10%或或0 0100%100%），成为我国矿井安

20、全检查员必备的仪器之一。），成为我国矿井安全检查员必备的仪器之一。 缺点缺点 很难把光干涉信号进一步转换成电信号，无法与监很难把光干涉信号进一步转换成电信号，无法与监控系统连续实现遥测，只能用于个人携带；控系统连续实现遥测，只能用于个人携带； 当待测气体中其他成分气体的百分比变化时，光干当待测气体中其他成分气体的百分比变化时，光干涉条纹位置也会变化，形成较大的测量误差。涉条纹位置也会变化，形成较大的测量误差。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法光干涉法光干涉法 原理原理 每种气体对红外区域每种气体对红外区域的光波都有一个或多个吸的光波都有一个或多个吸收谱线，甲烷的吸收谱线收谱线，甲烷的吸收谱线

21、是是3.393.39m m，用氦氖激光，用氦氖激光器可以获得稳定的器可以获得稳定的3.393.39红外激光。当激光穿过瓦红外激光。当激光穿过瓦斯气体时，将被瓦斯吸收，斯气体时，将被瓦斯吸收，使光强度减弱，根据光强使光强度减弱，根据光强度的变化情况就可反映出度的变化情况就可反映出瓦斯含量。瓦斯含量。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法红外光谱系数法红外光谱系数法 GJG40H GJG40H（A A）型红外甲烷传感器）型红外甲烷传感器 原理原理 每种气体对红外区域的光波都有一个或多个吸收谱每种气体对红外区域的光波都有一个或多个吸收谱线，甲烷的吸收谱线是线，甲烷的吸收谱线是3.393.39m m，用

22、氦氖激光器可以获得，用氦氖激光器可以获得稳定的稳定的3.393.39红外激光。当激光穿过瓦斯气体时，将被红外激光。当激光穿过瓦斯气体时，将被瓦斯吸收，使光强度减弱，根据光强度的变化情况就可瓦斯吸收，使光强度减弱，根据光强度的变化情况就可反映出瓦斯含量。反映出瓦斯含量。 优点优点 激光瓦斯测量仪器有很高的灵敏度和选择性，受气体激光瓦斯测量仪器有很高的灵敏度和选择性，受气体中其他气体成分变化的影响小，测量的准确度高。中其他气体成分变化的影响小，测量的准确度高。 缺点缺点 只适用于实验室使用。因为激光管电压很高，设备复只适用于实验室使用。因为激光管电压很高，设备复杂，在井下使用有一定的困难。杂，在井

23、下使用有一定的困难。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法红外光谱系数法红外光谱系数法 原理原理 根据超声波在不同气体中传播的速度不同的原理制成。根据超声波在不同气体中传播的速度不同的原理制成。 在常温常压下，声波在气体中传播的速度为在常温常压下，声波在气体中传播的速度为mkv1 标准气体的分子量是标准气体的分子量是2929，CHCH4 4的分子量是的分子量是1616，根据超声，根据超声波穿过气样后速度的变化就可测出气样中瓦斯的含量。波穿过气样后速度的变化就可测出气样中瓦斯的含量。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法超声波测量法超声波测量法K K是常数；是常数；M M是气体的分子量是气体的分子量

24、 缺点缺点 对低浓度瓦斯不灵敏。对低浓度瓦斯不灵敏。 因此，这类仪器主要在瓦斯抽放管道或高浓度瓦斯检因此，这类仪器主要在瓦斯抽放管道或高浓度瓦斯检测中使用。测中使用。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法超声波测量法超声波测量法 原理原理 某些金属氧化物（如某些金属氧化物（如SiOSiO2 2及及ZnOZnO等）在等）在600600左右的温左右的温度下，吸附不同的气体后电阻发生变化，利用这一原理度下，吸附不同的气体后电阻发生变化，利用这一原理可实现瓦斯浓度的测量。可实现瓦斯浓度的测量。 优点优点 制造简单，使用方便制造简单，使用方便 缺点缺点 元件的稳定性和选择性差，对气体的分辨力弱。元件的稳定

25、性和选择性差，对气体的分辨力弱。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法气敏半导体气敏半导体 原理原理 元件内部以铂丝为核心，外部以氧化铝为载体，载体元件内部以铂丝为核心，外部以氧化铝为载体，载体上涂有催化剂，当铂丝通过一定的电流且元件处于含有上涂有催化剂，当铂丝通过一定的电流且元件处于含有瓦斯的气体中时，表面会产生无焰燃烧，使铂丝因温度瓦斯的气体中时，表面会产生无焰燃烧，使铂丝因温度升高而增加，实现对瓦斯的检测。升高而增加，实现对瓦斯的检测。 目前，低浓度甲烷传感器均采用这种方法。目前，低浓度甲烷传感器均采用这种方法。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法热载体催化元件热载体催化元件 几个概念几个概念 白元件：因氧化铝呈白色，习惯上称为白元件；白元件：因氧化铝呈白色，习惯上称为白元件； 黑元件：载体上涂以由活性组分钯、铂配制而成的催化黑元件：载体上涂以由活性组分钯、铂配制而成的催化剂，由于催化剂呈棕黑色，习惯上称之为黑元件。剂，由于催化剂呈棕黑色，习惯上称之为黑元件。 没有涂催化剂的元件称之为补偿元件或载体元件。没有涂催化剂的元件称之为补偿元件或载体元件。检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法热载体催化元件热载体催化元件 铂丝催化元件的特点铂丝催化元件的特点 既是催化剂，又是加热器，同时又是感温元件。既是催化剂