项目2矿用传感器

项目二矿用传感器任务一甲烷传感器任务二CO/O2传感器任务三温度传感器任务四风速传感器任务五风压传感器任务六烟雾传感器任务七开关量传感器

传感器简介一、非电量电测量

二、传感器的组成和分类

三、传感器的基本特性

一、非电量电测量非电量：

各种非电物理和化学量，如温度、位移、风速、压力、甲烷浓度、化学成份等。非电量电测量技术：

将各种被测的非电量参数转换成电量参数进行测量的技术，包括传感器技术和电子技术。非电量电测量的优点：

便于信号的传输、存储、处理；易于实现遥测、自动检测及生产过程自动控制等；一、非电量电测量传感器

将被测量转换为电量，并把它传送到信号调节器中的部件。传感器又称为变换器、转换器、探头。其中，电量是电压、电流、或电参量（电阻、电感、电容）传感器信号调节器显示记录器电源非电量数字量模拟量非电量电测量系统组成框图一、非电量电测量信号调节器

传感器输出的电信号或电参数→记录显示器所需的标准电压、电流信号。

其内部电路主要有：

电桥电路、放大电路、滤波电路、相敏检波电路、谐振电路、阻抗变换电路、调制解调电路等，以匹配不同类型的传感器和显示记录器。传感器信号调节器显示记录器电源非电量数字量模拟量非电量电测量系统组成框图一、非电量电测量显示记录器模拟显示：如指针指示数字显示：直接显示数字图形显示：如示波器另外，对于动态过程的变化无法用显示仪及时显示的应该用自动记录器记录下来，而后用打印机或绘图仪打印结果。传感器信号调节器显示记录器电源非电量数字量模拟量非电量电测量系统组成框图二、传感器的组成和分类敏感元件：

直接感受被测量，通常是先转换为一种易于转换成电量的非电量。转换元件：将非电量转换为电量。将非电量直接转换为电量的传感器称为直接转换型传感器，如热电偶、压电传感器等。经二次或多次转换为电量的传感器称为间接转换型传感器，如瓦斯传感器、压力传感器等。测量电路：放大、变换和处理，以输出标准信号。敏感元件转换元件非电量电量测量电路电源二、传感器的组成和分类应变式磁电式热电式电容式电感式工作原理被测物理量压力温度位移振动传感器分类：传感器命名：正序：传感器，压力，应变式，10kPa倒序：10kPa，应变式，压力，传感器倒序：10mm，磁电式，位移，传感器三、传感器的基本特性测量系统可以看作是一个信息通道，通常把被测物理量作为测量系统的输入信号，称为激励；把测量系统的输出信号称为响应。传感器可以看作是：具有两个输入端和两个输出端的二端口网络；并具有相应的输入输出外部特性。两种被测量1、不变或变化很缓慢的量2、变化迅速的量两种特性1、静态特性2、动态特性三、传感器的基本特性静态特性：

表示被测物理量处于稳定状态或缓慢变化时，传感器的输入量与输出量之间的关系。静态特性曲线理论特性曲线：设计部门或用户给定的静态特性曲线。实际特性曲线(静态校准曲线)：静态标准条件下，一定标准精度等级，重复进行全量程逐级加载和卸载测试而获得的曲线。主要静态指标：线性度、灵敏度、迟滞性、重复性、分辩力、量程、漂移等。三、传感器的基本特性线性度：又称非线性

是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度，一般用校准曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输出的百分比表示。它反映了实际输入输出与理想直线的偏离程度。说明：为了标定和数据处理的方便，通常进行线性化处理以使传感器的输入输出关系为线性或接近线性；但同时也带来了非线性误差。三、传感器的基本特性灵敏度：

是指传感器的输出量变化值△y与输入量变化值△X之比，即S=△y/△X；可见灵敏度表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化。线性系统的灵敏度是一个常数，而非线性测量装置的灵敏度随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲为输出量与输入量量纲之比，如某压力传感器的S为5mV/MPa。三、传感器的基本特性迟滞性：滞后或回程误差

表示在规定的同一校准条件下，测量装置在同一校准级上正、反行程输出值的不一致程度。用各校准级中的最大迟滞偏差与满量程输出值的百分比表示。三、传感器的基本特性重复性误差：表示在规定的同一校准条件下，测量装置在同一方向在全量程范围内多次重复校准，各次校准曲线之间的不一致性，用各校准级上正、反行程最大标准偏差的t倍与满量程输出值的百分比表示。三、传感器的基本特性分辨力：

是指测量系统能测到的最小输入量变化Δx的能力。因全量程范围内各测量区的Δx不完全相同，常用量程内的最大Δx与满量程输出值的百分比k表示，称为分辨率；量程：测量系统能测量的最小输入量至最大输入量之间的范围。如光学瓦斯检定器(AQG-1型)的测定范围为0.01～10%CH4。说明：超过仪器的测量范围或者仪器的分辨力不够，则仪器不能正常工作，甚至损坏仪表，造成灾害。三、传感器的基本特性漂移：是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化的现象。漂移的原因：传感器自身结构参数和工作环境的变化。最常见的漂移是温度漂移：主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。稳定性：通常用灵敏度对时间的变化率dS/dt表示检测仪表的稳定性。变化率愈小，稳定性愈高。安全仪表要保证检测数据的准确性，必须要有很高的稳定性。三、传感器的基本特性动态特性

是指被测对象随时间变化时传感器输入与输出间的关系，即传感器的响应特性。动态测量时，由于传感器的惯性和滞后，传感器的输出处于动态过渡过程之中，因此传感器的输出量不仅是输入量也是时间的函数。通常输出信号与输入信号具有不同的时间函数，而引起输出与输入间的差异，即动态误差。动态特性就是测量系统能够不失真地再现变化着的输入量的能力的反映。动态特性指标

频域指标：固有角频率、工作频带、相位角等。

时域指标：时间常数、上升时间、响应时间等。任务一甲烷传感器一、热催化式甲烷传感器

二、热导式甲烷传感器

一、热催化式甲烷传感器煤矿瓦斯

主要是甲烷（CH4）；

CO、CO2、NO2、H2S、H2、SO2、NH3等。CH4无色、无味、无毒，对空气的比重为0.558CH4可燃，5％～16％可爆，9.5％爆炸力最强。一、热催化式甲烷传感器检测原理敏感元件催化作用甲烷无焰燃烧生热元件温度变化元件电阻变化测量电路指示甲烷浓度一、热催化式甲烷传感器热电阻效应即导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的现象，二者有确定的函数关系，通常阻值随温度的变化基本上呈线性关系。金属热电阻一般称为热电阻，其电阻温度系数大多为：＋0.4～0.6％/℃；半导体热电阻一般称为热敏电阻，其电阻温度系数大多为：－3～6％/℃；铂热电阻

0℃～850℃时，Rt=R0(1+At+Bt2)；-200℃～0℃时，Rt=R0[1+At+Bt2)+Ct3(t-100)]；其中Rt和R0分别表示t℃和0℃时铂热电阻的电阻值；

A=3.9083×10-3/℃；B=-5.775×10-7/℃2；C=-4.183×10-12/℃4一、热催化式甲烷传感器铂热电阻

我国规定工业用铂热电阻有R0＝10Ω和R0＝100Ω两种，即分度号为Pt10和Pt100；不同分度号的铂热电阻有相应的分度表，即Rt-t的关系表。金属纯度越高温度系数越大，通常用R100/R0表示铂的纯度，一般要求R100/R0>1.385。目前可达1.3930，对应的铂纯度为99.9995％铜热电阻-50℃～150℃时，Rt=R0(1+αt)；α＝0.428％/℃铜热电阻有两种分度号：Cu50和Cu100一、热催化式甲烷传感器铂丝催化元件高纯度铂丝绕制的螺旋线圈（d＝25～70μm，Ф200～500μm）构成的铂热电阻。铂丝既是催化剂，又是加热器，同时又是感温元件。优点：结构简单；稳定性较好；受硫化物中毒影响小。缺点：催化活性低；工作温度高,升华严重；寿命短；零点漂移。一、热催化式甲烷传感器载体催化元件铂丝：加热；感温；载体：固定铂丝；传热；附载催化剂；催化剂：Pt,Pd,Th

催化作用，降低甲烷燃烧温度（300℃～400℃）；优点：对灵敏度、稳定性、功耗、寿命有很大改善（a）黑元件图2-1载体催化元件（b）白元件一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性线性度黑元件热平衡方程：

I2R+I2RβΔT+Q=αS(T1-To)+ε1σS(T14-To4)白元件热平衡方程：

I2R=αS(T2-To)+ε2

σS(T24-To4)其中：α-等效热传导系数；ε1ε2-黑白元件的热发射率；σ-斯蒂潘常数；T1T2To-黑白元件及环境温度；β-铂丝电阻温度系数；线性度与温度有关，在一定范围内，元件输出与瓦斯浓度呈线性关系；达到一定温度后，温度就很难再随催化生热Q线性增加了。线性度不一致对测量范围影响很大，有的测量上限可达5％CH4，有的仪器仅为3％CH4；且测量上限误差大，下限误差小。一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性灵敏度：一般要>15mV/1％CH4，当下降50％时，报废。灵敏度的影响因素（1）催化剂老化：γ-Al2O3逐渐向α-Al2O3过渡（2）催化剂中毒：催化剂中毒：催化剂毒物强烈吸附在催化剂上发生反应而使催化剂活性减少或消失的现象。暂时性中毒：硫化物、磷化物、氯化物等；永久性中毒：有机硅、铅、锡等；过滤措施：活性炭,硅胶,分子筛等一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性稳定性：工作条件不变时，在规定时间内输出信号保持不变的能力。连续式元件为7天，间断式元件为7×8h。稳定性的影响因素：（1）灵敏度（2）激活特性激活特性在低浓度CH4（<1％）工作的元件，遇高浓度（>5.5%）数分钟后元件活性升高，离开高浓度环境后其活性又在数十小时内降到原值附近的现象。不利影响：零点漂移，工作不稳定，测量误差应用：元件制作时的老化处理；暂时性中毒的激活。一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性响应时间是指CH4浓度阶跃变化时，输出信号值达到稳定值90％的时间。标准规定，连续式为20s，间断式为15s。响应时间与元件尺寸、制作工艺及气室设计、通风方式有关。主要因素是：（1）扩散时间：扩散型气室与对流型气室（2）燃烧生热、热交换至热平衡的时间。一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性输出特性的双值性（1）0～5％，线性关系；（2）9.5％，拐点；（3）>10％，读数随浓度的升高而下降；图2-2催化元件的双值性一、热催化式甲烷传感器载体催化元件的技术特性双值性的原因：缺氧图2-3缺氧对催化元件的影响一、热催化式甲烷传感器KG9701A型智能低浓度甲烷传感器功能用途（1）瓦斯浓度显示；（2）超限声光报警；（3）就地断电控制；（4）可以连续检测并转换成标准电信号输送给关联设备；图2-4KG9701A型CH4传感器一、热催化式甲烷传感器KG9701A的主要技术指标测量范围：0.00％CH4～4.00%CH4基本误差：（0.00～1.00）Δ0.1％CH4；（1.00～2.00）Δ0.2％CH4；（3.00～4.00）Δ0.3％CH4；信号输出：电流型1mA～5mA，线性对应0.00％CH4～4.00%CH4

频率型200～1000Hz，线性对应0.00％CH4～4.00%CH4报警点设置：

0.00％CH4～4.00%CH4连续可调断电点设置：

0.50％CH4～2.00%CH4连续可调一、热催化式甲烷传感器KG9701A的主要技术指标显示方式：四位红色数码管，左起第一位为功能显示，后三位显示测量值。功能位显示：1－调零，2－精度调节，3－报警点设置，4－断电点设置，5－自检；报警方式：声光报警，声音强度≥80dB；光能见度>20m响应速度：≤20s信号传输距离：≮2km工作稳定性：可连续工作15天；整机工作电压：9～24VDC（本安电源）。安全特征：防爆标志ExibdΙ使用环境：0℃～40℃，湿度≤98％，80～116kPa，风速<8m/s。催化元件寿命：≮1年一、热催化式甲烷传感器KG9701A的工作原理89C51单片机遥控调校热催化电桥稳压电路开关电源声光报警I/O接口LED显示watchdog电路EEPROM信号输出A/D转换器图2-5KG9701A低浓度瓦斯传感器电路原理框图一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的接线将来自分站的专用电缆航空插头按对应位置插入传感器上的航空插座，并旋紧固定。电缆航空插头的接线为：1号口——电源正极，红色线；2号口——电源负极，蓝色线；3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口——恒流断电控制信号输出，绿色线。（a）传感器插座（b）电缆航空插头图2-6传感器接线图一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的调校①零点调节：传感器通电工作预热20分钟。按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“1”。然后按“▲”或“▼”键使大数码管显示为0.00，即调零完毕。

②精度调节：在地面新鲜空气中，通入每分钟200毫升的标准气体（如：2.0%CH4）。按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“2”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值与标准气体浓度值一致。一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的调校③报警点设置：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“3”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值为所要设置的报警值（如掘进工作面放置的瓦斯传感器应设置为1.00）。

④断电值设置：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“4”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值为所要设置的断电值。一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的调校⑤自检：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“5”，此时传感器的显示值应为2.00，对应的输出信号值应为360Hz或1.80mA。注意：传感器参数调节后，必须在断电之前，按遥控器上的“选择”键使小数码管的显示值循环至消隐，修改后的参数才能存入传感器的存储器内。否则，此次调校无效。一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的常见故障分析①传感器显示L.LL：

表示传感头内部接线松动或催化元件损坏；②传感器显示8.88或反复显示00.00：

表示传感器距离分站太远；③传感器显示H.HH：

表示传感器满数或超限，此时应重新把传感器线缆插头插接一次。一、热催化式甲烷传感器KG9701A传感器的常见故障分析④传感器自检显示2.AA或2.bb：表示零点漂移过大，须机械调零。打开传感器后盖，通电20分钟后，同时按下遥控器或传感器电路板上的三个按键3秒钟，然后立即按“选择”键。使小数码管显示“1”，再用螺丝刀调节电位器P1使大数码管显示为0.00。*进行此操作后必须用标准气体重新校准传感器后才可使用。

⑤报警有光无声或无光无声：蜂名器及其连线故障；报警灯或其控制器件或晶体管故障。⑥小数码管显示乱跳或无法控制：传感器线路板上数码管旁的遥控接收头（SFH）故障。一、热催化式甲烷传感器KG900lB传感器的调校四位红色数码管显示方式：左起第一位为功能显示，后三位显示测量值。功能位显示：1－热催化调零，2－热催化精度调节，3－热导调零，4－热导精度调节；5－报警点设置，6－断电点设置，7－自检；①零点调节：传感器通电工作预热20分钟。按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“1”或“3”。然后按“▲”或“▼”键使大数码管显示为0.00，即调零完毕。②精度调节：在地面新鲜空气中，通入每分钟200毫升的标准气体（如：2.0%CH4）。按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“2”或“4”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值与标准气体浓度值一致。一、热催化式甲烷传感器KG900lB传感器的调校③报警点设置：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“5”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值为所要设置的报警值（如掘进工作面放置的瓦斯传感器应设置为1.00）。

④断电值设置：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“6”，再按“▲”键或“▼”键使大数码管显示数值为所要设置的断电值。一、热催化式甲烷传感器KG900lB传感器的调校⑤自检：按遥控器上的“选择”键使小数码管显示为“7”，此时传感器的显示值应为2.00，对应的输出信号值应为600Hz或3.0mA。注意：传感器参数调节后，必须在断电之前，按遥控器上的“选择”键使小数码管的显示值循环至消隐，修改后的参数才能存入传感器的存储器内。否则，此次调校无效。二、热导式甲烷传感器热导式检测原理

被测气体浓度的变化→混合气体热导率的变化→敏感元件温度的变化→电阻的变化→热传导及热导率二、热导式甲烷传感器热导率与被测气体浓度的关系：

混合气体的热导率近似为各气体成分热导率之和；若待测气体热导率与其它成分气体的热导率有较大差异，则混合气体热导率与待测气体浓度近似成正比。故只要检测出热导率的变化，就可确定待测气体的浓度。二、热导式甲烷传感器检测电路图2-7气体热导元件及检测电路二、热导式甲烷传感器敏感元件金属丝热电阻；半导体热敏电阻；热线式半导体气敏元件热导式的特点：优点：测量范围宽；功耗小；寿命长；无中毒及激活问题；缺点：选择性差（CO2使示值降低；H2O使示值增加）；线性和稳定性差；灵敏度低；零点漂移严重；适于测定高浓度的瓦斯二、热导式甲烷传感器产品型号：KG900lB产品说明：热催化原理与热导原理相结合主要技术指标：测量范围：0～100.00%CH4测量精度：0.00～1.00%CH4≤±0.10%CH4（1.00～2.00%CH4）≤±0.20%CH4（2.00～4.00%CH4）≤±0.30%CH4（4.00～40.00%CH4）≤±8.00%CH4响应时间：≤30s调校周期：≤1个月使用寿命：≥1.5年信号带负载能力：0～400Ω报警方式：≥80dB(声强)，能见度>20m(光强)报警点范围：0.5～2.5CH4连续可调断电点：0.5%，0.75%，1.0%，1.25%CH4，采样方式：扩散式整机工作电压：9～24VDC整机工作电流：≤70mADC传输距离：2km(供电18VDC使用1.5mm2截面铜芯电缆)输出信号：200～1000Hz、1～5mADC；1200－2000Hz防爆型式：ExibdⅠ矿用本安兼隔爆型项目二矿用传感器任务一甲烷传感器任务二CO/O2传感器任务三温度传感器任务四风速传感器任务五风压传感器任务六烟雾传感器任务七开关量传感器任务二一氧化碳传感器一、CO的产生及危害性质：

CO是无色、无嗅、无味、无刺激性的气体，稍溶于水，比重较空气稍轻。产生：

CO是碳系物质不完全燃烧的生成物，井下爆破作业、内燃机车的排气、火灾、瓦斯煤尘爆炸均产生CO危害：

可燃易爆，剧毒。允许浓度，中国是24PPM，日本是50PPM；检测方法：

检知管法、定电位电化学法、红外吸收法、气相色谱法等。二、检知管法测定CO检知管检测CO原理：

CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，来检测CO的浓度。检测剂以活性硅胶为载体，吸附五氧化二碘和发烟硫酸加工而成。反应方程：检测剂与CO反应后由白色变成棕黄色圈，随着气流通过棕色环向前移动，其移动距离与CO浓度大小成正比。二、检知管法测定CO1—检测管外壳（中性玻璃管）2—堵塞物（棉栓、玻璃丝布、耐酸涤纶等）3—保护胶（硅胶吸附试剂以除去干扰气体）4—隔离层（有色玻璃粉等惰性有色颗粒物质）5—指示剂（活性硅胶吸附化学试剂）1—档位；2—采样器；3—检测管；4—指示剂

二、检知管法测定CO图2.3-2DQJ-50多种气体检定器

图2.3-1比长式CO检知管三、定电位电化学检测CO1、电化学气体传感器原理电化学：是研究电解质溶液与电极相界间的电化学反应过程，即化学能和电能之间相互转换的科学。电化学理论指出，在电极和它接触的电解质溶液之间存在着氧化还原反应，并有电子的得失。并且各种物质在电解质溶液中的氧化还原反应均在一定的电极电位下进行。标准电极电位：是指某物质在规定的浓度、温度条件下的电极电位，当电极电位高于该标准电极电位时产生氧化反应，反之，则产生还原反应。因此，该物质的标准电极电位也称为可逆电极电位。如：CO2/CO氧化还原对的可逆电极电位为-0.12V;O2,H+/H2O氧化还原对的可逆电极电位为+1.23V三、定电位电化学检测CO2、定电位电化学CO检测元件电解液：硫酸或硫酸水溶液透气膜：聚四氟乙烯（PTFE）非均相微孔膜，透气但不透水和离子。空隙率大则灵敏度高，响应时间短，但易漏液。气体扩散电极：（透气膜＋电极）防水透气膜:PTFE活性层：铂黑＋PTFE乳液含有催化剂的多孔膜电极，易于被测气体与电解液在气、固、液三相界面上进行氧化还原反应。工作电极：W对面电极：C参比电极：R图2.3-3电化学CO检测元件工作电极W：电极W受恒电位的控制作用，具有一个恒定的电位；被测量一氧化碳，通过聚四氟乙烯薄膜扩散到电极W，并在W电极催化剂的作用下与电解液中的水发生氧化反应，生成二氧化碳和氢质子，同时释放出电子；对面电极C：氧在催化剂作用下与氢质子发生还原反应生成水，并得到电子。W极：C极：式中：n－电子转移数；D-膜中气体扩散系数；F-法拉第常数；A-反应界面面积；H-扩散电极膜厚度；参比电极R：使W和R间保持恒定电位。W和C间的反应电流为I：法拉第定律1-电源2-恒位环节3-传感器4-放大器5-温度补偿6-指示电表图2.3-4电化学测CO原理四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))1、功能及应用：能连续监测和就地显示一氧化碳浓度值，并在超限时发出声光报警；可与监控系统配套使用。2、主要技术指标：工作电压：9～24VDC工作电流：＜100mADC检测范围：0～500PPmCO检测误差：F.S范围内5%(相对误差)显示方式：三位红色LED显示(分辨率：1PPmCO)输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC防爆型式：ExibⅠ矿用本安型外形尺寸：(190×114×57)mm图2.3-5KG9201CO传感器四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))3、结构及原理：89C51单片机遥控调校前置放大信号采集声光报警I/O接口LED显示watchdog电路EEPROM信号输出A/D转换器图2.3-6GTH500B一氧化碳传感器电路原理框图

四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))4、CO传感器使用与维护：连接：将来自分站的专用电缆航空插头按对应位置插入传感器上的航空插座，并旋紧固定。电缆航空插头的接线为：1号口——电源正极，红色线；2号口——电源和信号负极，蓝色线；3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口——恒流断电控制信号输出，绿色线。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：①零点调节：在新鲜空气中使传感器通电预热20分钟，按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“1”，然后同时按“▲”键和“▼”键使大数码管显示为0.00，即调零完毕。②精度调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“2”，通入浓度为200ppm的标准一氧化碳气体，气体流量控制在200ml/min，再按“▲”或“▼”键使大数码管显示数值与标准气体数值一致。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：③报警调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“3”，然后分别按“▲”或“▼”键调节。④自检：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“4”，此时传感器应显示200ppm，对应的输出信号为520Hz（或2.6mA）。注意：（1）传感器参数调节后，必须在断电之前，按遥控器上的“选择”键使小数码管的显示值循环至消隐，修改后的参数才能存入传感器的存储器内。否则，此次调校无效。（2）仪器零点、精度要定期调校，一般15天一次。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))典型故障①传感器显示L.LL：表示传感头内部接线松动或检测元件损坏。②传感器显示8.88或反复显示00.00：表示传感器距离分站太远或IC3（7805）故障（正常时其输入端应该在+18V左右，输出端在+5V左右）。③报警有光无声或无光无声：蜂名器及其连线故障；报警灯或其控制器件（CD4011）或晶体管(9013)故障。④小数码管显示乱跳或无法控制：传感器线路板上数码管旁的遥控红外接收头（SFH）故障。五、便携式CO检测仪CT1000X型CO检测报警仪

测量范围：0～2000ppm

误差：＜±10%真值

报警范围：0～300ppm连续可调

响应时间：≤60秒

传感器寿命：3年（进口电化学）

报警出厂设定

：24±1ppm法国TX2000型CO检测仪

测

量：连续

测量范围：0-500/0-2000两种可供选择

传感器：电化学式

显

示：3位半液晶显示，带背景灯

报

警：5种声光/2个瞬时报警点/超量程报警

供电电源：3节LR011.5V干电池

工作时间：1000小时五、便携式CO检测仪氧气传感器正常的氧气含量应当在20.9%左右。富氧：即氧气过量，通常指氧气含量超过23.5%，此时很容易发生爆炸的危险；缺氧：即氧气不足，通常指氧气含量低于19.5%，此时很容易发生窒息、昏迷以至死亡的危险。检测氧气含量的方法：

伽伐尼电池法、顺磁测氧法一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理电池阴极：

由金、银、铂或银-石墨制成。电池阳极：

由铅、镉、铜、铋等金属制成。电解液：

氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸盐。隔膜：

聚四氟乙烯PTFE等隔水透气膜。图2.4-2伽伐尼电池结构示意图1-阳极2-绝缘材料3-电解液4-阴极5-隔膜一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理阴极反应：阳极反应：总电池反应：图2.4-2伽伐尼电池结构示意图1-阳极2-绝缘材料3-电解液4-阴极5-隔膜一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理电池反应电势：n－反应电子数F－法拉第常数Po2－电极表面氧分压D－气体扩散系数A－阴极面积l－膜外表面距阴极的距离C－氧气浓度元件输出电流2、影响测氧元件的因素温度：直接影响i，并影响D气压变化：影响电极表面氧分压，通常+0.25％O2/100m井深阳极寿命：二、顺磁测氧法

1、顺磁测氧原理顺磁性气体和反磁性气体：反磁性是指当施加磁场时，气体与磁场相斥而逃逸的性质；反之，为顺磁性。大多数气体为反磁性，仅O2、NO1、NO2等少数气体呈顺磁性氧的磁化率比其它气体大得多，含氧混合气体的磁化率主要由氧的浓度决定。氧的热磁效应：即氧的磁化率会随温度的升高而迅速降低。图2.4-1顺磁测氧元件

１－环型室；

２－永久磁铁；

３－r1电阻线圈；

４－r2电阻线圈；

r1r2R1R2测量电桥

无氧时：连通管两侧压力平衡，电桥平衡。有氧时：气体被磁场吸入连通管而被加热。热磁对流：随氧气温度升高，磁化率随之降低；而后面连续流过来的冷气体因温度低而磁化率高，被不断吸入连通管，所以把原先已被加热的气体不断向通道右面推出，形成磁风即热磁对流。磁风的强弱取决于气体中氧含量的多少。左侧电阻r1：附近的热量不断被引入的气体带走，温度降低，降低的程度取决于磁风的大小。右侧电阻r2：由于气体在前面已被加热，所以不会受到冷却的作用，甚至温度还有所上升。2、热磁效应测氧传感器三、KGQ7型氧气传感器主要技术指标测量范围：0～25%O2测量误差：±3%O2（满量程）响应时间：小于30s报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器鸣叫输出信号：KGQ7－1型：200～1000HzKGQ7－2型：1～5mA

恒流，负载电阻0～500ΩKGQ7－3型：RS485接口，通信波特率1200bps工作电压：DC9～24V工作电流：DC9V不大于100mA

标定流量：200毫升/分任务三温度传感器

一、温度传感原理热电偶测温热电阻测温半导体PN结测温红外测温一、温度传感原理1、热电偶测温热电效应

将两种不同材料的金属A和B焊接组成一个闭合回路，即构成感温元件（热电偶）。当其两个接点之间存在温差时，则在回路中产生电动势（热电势）。热电偶的热端与冷端

热电偶回路有两个连接点，其中与被测介质接触的一端称为热端（工作端），另一端则称为冷端（参比端）。热电偶和热电势

1、热电偶测温热电势

由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶和热电势

接触电势：

温差电势：

热电偶回路总电势K－波尔兹曼常数；e－单位电荷量；NAT－电子密度1、热电偶测温均质导体定律

由两种均质导体组成的热电偶，其热电势的大小只与热电偶的材料及两端温度有关，而与热电偶的长短、粗细、形状及沿电极的温度分布无关。否则，产生温度梯度附加电动势。①如果组成热电偶的两种材料性质相同，即NA=NB，则无论两接点温度如何，回路内总热电势为零。②如果两接点处温度相同，即T=T0，则尽管两种导体材料性质不同，回路总电势也必然为零。③因热电势与温度的函数关系f(T)AB复杂难求，故在工程应用中常用实验的方法制作热电势与温度的关系表，以备查用。1、热电偶测温中间导体定律

在热电偶回路中接入第三种导体时，只要该导体的两端温度相同，则其对热电偶回路热电势的大小和方向不产生影响。中间温度定律

Tn为热电偶热电极AB上某点的温度，则热电偶在其接点温度为T、T0时的热电势eAB(T,T0)等于热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时的热电势eAB(T,Tn)和eAB(Tn,T0)的代数和。即：1、热电偶测温热电偶的使用①使用热电偶时，只需考虑两端温度值，而不必顾及其中间段的温度。②为稳定冷端温度，通常采用补偿导线将贵金属热电偶的冷端延伸至温度稳定处。但补偿导线a、b在Tn到T0的温度范围内，应分别与贵金属A、B具有相同的热电特性。1、热电偶测温常用热电偶热电偶分度号补偿导线型号适用温度正极负极S（铂铑10－铂）SPC（铜）红SNC（铜镍）绿0～1100℃B（铂铑30－铂铑6）600～1700℃T（铜－铜镍）TPX（铜）红TNX（铜镍）白-40～350℃J（铁－铜镍）JPX（铁）红JNX（铜镍）紫-40～750℃E（镍铬－铜镍）EPX（镍铬）红ENX（铜镍）棕-40～900℃K（镍铬－镍硅）KPX（镍铬）红KNX（镍硅）黑-40～1200℃KPC（铜）红KNC（铜镍）蓝热电阻效应金属热电阻和半导体热敏电阻。2、热电阻测温3、半导体PN结测温基本原理

半导体PN结（二极管）在一定偏置电流的情况下，其正向压降随着温度的变化而变化，且基本呈线性关系。半导体温度传感器

温敏二极管、温敏三极管和集成温度传感器等，

测温范围一般在-50℃～+150℃之间。

温敏二极管大都选用硅及砷化镓材料制作，其电压--温度特性的线性度比锗管好。温敏三极管：

集电极电流恒定时，其发射结正向电压--温度特性集成温度传感器：差分对管温度敏感元件集成温度传感器的输出类型电压输出型如LX5600、LM3911、SC616A

温度系数为：10mV/℃电流输出型

AD590、LM134、SL334

温度系数为：1μA/℃集成温度控制器

可由用户设定温度限值，当被控温度超限时可输出逻辑控制信号，有的也同时输出温度测量值。如TC620、DS1620等。4、红外测温原理热辐射

任何物体只要温度高于绝对零度，就会不断产生热辐射，且温度T越高，辐射功率P就越大。

ε--比辐射率，绝对黑体为1.0，非绝对黑体为0<ε<1.0；

σ--斯蒂潘--波尔兹曼常数，5.6697×1012W/cm2K4；

T--物体的热力学温度。红外热辐射

物体辐射波长的峰值λm与温度T成反比：

当温度低于1000℃时，物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的，且物体的温度越高，辐射出的红外线就越多，辐射出的能量也越强。红外测温就是通过检测物体在红外波段的辐射通量来进行温度测量的。4、红外测温原理红外线

红外线是一种不可见光，波长大致为0.76～1000μm。

红外探测器通常工作在大气窗口内，即2～2.6μm、3～5μm或8～14μm三个波段范围。红外测温检测元件

热敏电阻、光敏电阻、热释电体等。二、GW50(A)温度传感器检测原理温度→铂热电阻电桥→电压→A/D→单片机技术指标测量范围：0℃～50℃；

基本误差：±2；工作电压：12～24VDC（本安电源）；工作电流：<80mADC信号输出：频率型200～1000Hz；电流型1～5mA；传输距离：≤2km显示方式：四位红色数码管，左第一位为功能位：1－调零，2－调精度，3－自检；后三位为测量值℃。安全特征：防爆标志ExibdΙ（+150℃）使用环境：

0℃～40℃；相对湿度≤95％；大气压力80～106kPa；风速0～8m/s；二、GW50(A)温度传感器连接

将来自分站的专用电缆航空插头按对应位置插入传感器上的航空插座，并旋紧固定。电缆航空插头的接线为：1号口——电源正极，红色线；2号口——电源、信号负极，蓝色线；

3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口——绿色线（未用）。二、GW50(A)温度传感器调校①零点调节：

使传感器通电工作20分钟，将测温头放入冰水混合物中。打开机壳后盖，按动选择键使小数码管显示为“1”。然后调节P1电位器，使大数码管显示为0.00，即调零完毕。②精度调节：

按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“2”，再按“▲”或“▼”使大数码管显示数值与实际温度值一致。③自检：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“3”，此时传感器应显示30.0，对应输出信号为680Hz（或3.4mA）。仪器零点、精度要定期调校，一般一月一次。任务四风速传感器风速测量方法1.翼轮式风表

机械翼轮式、电子翼轮式2.皮托管--压差计3.超声波风速仪

涡旋式

时差式4.热效式风速传感器一、超声波涡旋风速传感器卡曼涡街无限界流场中，流体流经非流线性阻力体时，在阻力体下方形成两列内旋、互相交替的涡旋。冯·卡曼数学推导了涡旋结构及能量损失。涡旋频率与流体平均速度之间的关系：S—斯脱哈尔常数；v—未扰动流体速度；d—涡旋阻力体宽度斯脱哈尔常数与阻力体形状和扰动体雷诺数有关。扰动体雷诺数：Re=ρVd/μ:当Re<5时，流体流经阻力体时不分离；当5≤Re<40时，紧贴圆柱体，产生一对漩涡；当Re>>40时，形成涡街。仅在一定雷诺数范围内，斯脱哈尔数为恒定值。流速低于某一阈值时，不能形成涡旋。涡旋风速传感器的结构涡旋发生杆；振荡器；发射换能器；接收换能器；电源；放大、解调、滤波、输出等处理电路。工作原理发射换能器：发射连续等幅超声波束；涡旋发生杆：产生涡旋；涡旋：调制超声波束，形成调幅波，其频率为涡旋频率；接收换能器：接收调幅超声波束，转换为电信号；放大、解调、滤波等：检出涡旋个数；技术要求1.超声波换能器振荡频率必须高于涡旋频率两个数量级，一般为140～150kHz；2.发射与接收换能器轴线至涡旋发生杆的距离H为发生杆直径的6倍时，测速范围内线性最好；3.为测量低风速，应增加涡旋发生杆尺寸或提高超声波换能器的灵敏度。技术特点1.优点：（1）无运动部件，适于连续运行，寿命长；（2）线性输出范围宽，原理上无零漂，精度高；（3）响应速度快；2.缺点：由于风速不均匀，固定点的风速不一定等于断面的平均风速，代表性较差。二、超声波时差法风速传感器基本原理通过测定超声波顺风流和逆风流传播一段距离的时间差来测定风速。基本原理通过测定超声波顺风流和逆风流传播一段距离的时间差来测定风速。三、KGF15(原CW-1)型风速传感器技术指标测量范围：0.3～15m/s基本误差：≤±0.3m/s工作电压：9～24VDC工作电流：≤70mADC显示方式：就地显示3位LED输出信号：1～5mADC、200～1000Hz防爆型式：ExibⅠ调校方法1.首先测出安设地点巷道断面平均风速值；2.安设风速传感器，风流方向与传感器的风流指向偏差不大于5度；3.连线开机预热后，按遥控器选择键使小数码显示为“2”；4.按遥控器上升或下降键使传感器显示值与断面平均风速值相等。5.检测传感器输出是否正常：按遥控器选择键使小数码显示为“3”，此时的显示若为3－－.－则正常。

四、GLW100型管道流量传感器工作原理1.被测流体介质以平均流速为v，流过迎面宽度为d的三角柱旋涡发生体时，产生卡曼涡街；2.在旋涡发生体中装有检测到涡旋频率的探头，通过相关电路处理成电信号输送给传感器；3.经A/D转换，再由单片机进行数据处理，完成传感器就地显示，同时输出频率信号至分站。主要技术指标测量范围：8～100m3/min(标况流量)基本测量误差：≤2.5%F.S信号输出：200Hz～1000Hz线性对应0.00～100m3/min(标况流量)介质压力：≤2.5MPa安装要求1.水平或垂直装在与其公称通径相应的管道上；2.传感头上、下游应配一定长度的直管道；3.必要时安装流体整流器或变径整流器；4.上游侧不应设置流量调节阀；调校1.出厂时已调校完毕，一般现场不需调校；2.连线、接地等检查，通电运行；3.零流量检查：

输出回路电流应为：4.00±0.01mA4.正常流量检查：

传感器信号处理放大板上有两个检查脉冲信号的标识测点，正常时为均匀脉冲，否则，调整电位器直至正常。任务五压力传感器

一、压力（力）传感原理应变式电容式电感式压阻式压电式1、应变式弹性元件+电阻应变片弹性元件圆柱式；圆环式；薄板式（膜片）；悬臂梁式等。弹簧管；波纹管；波纹膜片；膜盒；薄壁圆筒等。

(a)C形弹簧管(b)多圈弹簧管(c)波纹膜片

(d)波纹膜盒(e)波纹管电阻应变效应导体或半导体的电阻值随着机械变形而变化的现象。电阻应变片金属电阻应变片；半导体应变片图：金属箔电阻应变片金属丝电阻：ρ-电阻率κ-应变灵敏系数，2~6ε-轴向应变值，0.24~0.4测量电桥图筒式弹性元件与应变片测量电桥邻臂电阻变化同号时，输出电压为邻臂电压之差；异号时，为邻臂电压之和。对臂电阻变化同号时，输出电压为邻臂电压之和；异号时，为邻臂电压之差。电桥的工作方式：(1)单臂电桥(2)对臂电桥(3)邻臂电桥(4)全桥2、压阻式压阻效应半导体材料受力晶格变形，引起载流子迁移率的变化，从而导致其电阻率发生变化的现象。压阻效应的各向异性沿不同方向施加应力和通以电流，其压阻系数不同，即单位应力作用下电阻率的相对变化不同。压阻效应不同于电阻应变效应压阻效应电阻的变化主要取决于压力引起的电阻率的变化，而电阻应变效应电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化，即应变。前者的灵敏度比后者大50～100倍。压阻式压力传感器（固态压力传感器）用集成电路工艺技术在单晶硅膜片上制造出四个等值的薄膜电阻，并组成全桥电路。四个等值电阻相对于膜片中心对称，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区。当不受压力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡．电桥输出电压。电桥输出的电压与压力成比例。压阻式差压传感器集成固态压力传感器图压阻式集成压力传感器图ICS1210压力传感器固态压力传感器特点：(1)灵敏系数比金属应变式大50~100倍，输出电信号大；(2)集成电路工艺加工，结构尺寸小，如直径1.8～2mm；(3)压力分辨率高，测量范围宽；(4)颇率响应好，它可测几十千赫兹的脉动压力；(5)工作可靠，综合精度高，且使用寿命长；(6)不采用温度补偿时，单晶硅受温度影响误差较大。二、GF系列风流压力传感器GF系列风流压力传感器适用范围：井下巷道或瓦斯抽放管路原理：压阻式（硅膜片扩散电阻全桥）型号测量范围GF100F(A)-100kPa~0kPaGF100Z(A)0kPa~100kPaGF5F(A)-5kPa~0kPaGF5Z(A)0kPa~5kPaGF100F(A)（瓦斯抽放管道负压）1、技术指标测量范围：负压0～100KPa；基本误差：≤3％；信号输出：1mA～5mA或200～1000Hz（线性对应负压0～100KPa）显示方式：四位红色数码管，后三位显示测量值（KPa）；左起第一位为功能位：1－调零，2－精度调节，3－量程设置。响应时间：≤30s；信号带负载能力：0～400Ω整机工作电压：13～24VDC（本安电源）。整机工作电流：<60mA，18VDC安全特征：防爆标志ExibdΙ（+150℃）使用环境：0℃～40℃；2、连接1号口——电源正极，红色线；2号口——电源负极、信号，黑色线；3号口——恒流或频率信号输出，黄色线；4号口（未用）——绿色线。3、调校①零点调节：将负压传感头直接放置在空气中，通电预热20分钟，若读数不为零，则调零。打开后盖，按“选择”键使小数码管显示为“1”，然后调节电位器P1，使大数码管显示为0.00，即可。②精度调节：按遥控器上的“选择”键，使小数码管显示为“2”后再调；③量程设置：设置值应与传感器的量程相对应，一般设为100。在传感器设置量程≤100时，分站相对应的输入口量程应设为100；在传感器设置量程>100时，分站相对应的输入口量程应设为200；三、KGU9901型液位传感器液位（深）传感原理KGU9901液位传感器1、技术指标量程：0m～5m信号输出：0～5mA频率型200～1000HzKGU9901液位传感器2、调校①零点调节：将传感器放在空气中，调W2电位器使传感器显示为零；再调节W3电位器，使分站显示为零。②精度调节：将传感器放在已知液体深度的位置，调节电位器W4使分站显示相应值。此时再调整W1使传感器显示相应值。注意：请保持传感器头的孔不被堵塞四、电子皮带秤任务六烟雾传感器

一、火灾探测器感温型感烟型

光电感烟型、电离感烟型感光型可燃气体型二、烟雾传感器

烟雾粒径烟雾粒径烟雾粒径1、光电感烟传感器工作原理利用光的散射原理，检测火灾阴燃初期的