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煤矿安全监测监控作业阳煤集团职教中心郑卯成主要内容1•第六章矿用传感器2•第七章矿用分站、矿用信息传输接口与矿用电源3•第八章甲烷超限报警断电装置5•第十章安全监控仪器的安装4•第九章煤矿安全监测监控系统2020/2/426•第十一章安全监控设备的日常维护、调试第六章矿用传感器2020/2/43第一节甲烷传感器第二节矿用风速传感器第三节矿用压力传感器第四节一氧化碳传感器第五节矿用温度传感器第六节矿用烟雾传感器第七节风门开关传感器第八节矿用风筒开关传感器第九节矿用机电设备开停传感器第十节馈电状态传感器第十一节瓦斯抽采流量传感器第十二节便携式甲烷检测报警仪复习思考题第六章矿用传感器2020/2/44传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录。传感器一般由敏感元件和转换元件、测量电路以及辅助电源等部分组成，如图6-1所示。第六章矿用传感器2020/2/45常见的测量电路由放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等组成;它们分别与相应的传感器相配合。传感器输出信号有电压、电流、频率、脉冲等多种形式。矿用传感器主要用于矿并环境参数和矿井工况参数的监测。矿井环境参数监测主要有甲烷浓度、氧气浓度、粉尘浓度、环境温度、风量、风压、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和硫化氢浓度。矿井工况监测参数主要有设备开停、风筒风量、风门开关、输送机开停、煤仓煤位、采煤机组位置、排水系统、压风系统、主要通风机工作状况等参数。第六章矿用传感器2020/2/46矿用传感器分类：根据测量原理可分为电位计式、应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式、光敏式、霍尔式、光纤式、气敏式和智能式等;根据输入物理量可分为位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气体浓度传感器等;根据输出信号的性质可分为模拟式传感器和数字式传感器，即模拟式传感器输出模拟信号和数字式传感器输出数字信号。第六章矿用传感器2020/2/47矿用传感器应符合国家有关标准和行业标准的要求;用于安全监控的矿用传感器防爆型式应为本质安全型，载体催化式甲烷传感器其防爆型式可采用隔爆兼本质安全型。矿用传感器一般应具有显示功能，显示应清楚准确。具有报警功能的矿用传感器，其报警点应能在测量范围任意设定，报警声级强度在距其1m远处的声响信号的声压级应不小于80dB(A)，光信号在20m远处清晰可辨。矿用传感器应在9一24V范围内工作，使用单芯截面积为1.5mm2的电缆时，传感器与分站之间的传输距离不小于2km。矿用传感器的工作稳定性应不小于15d。传感器应具有采用遥控器调校的功能。第六章矿用传感器2020/2/48矿用传感器应在9一24V范围内工作，使用单芯截面积为1.5mm2的电缆时，传感器与分站之间的传输距离不小于2km。矿用传感器的工作稳定性应不小于15d。传感器应具有采用遥控器调校的功能。矿用传感器应能在下列条件下正常工作:温度为0一40℃;相对湿度不大于98%;大气压力为80一116kPa;风速不大于8m/s;存储温度为-40一60℃。矿用传感器的输出信号应满足下列要求：电流型为1一5mA或4一20mA；频率型为200-1000Hz,脉冲宽度大于0.3ms的电流脉冲；数字信号的传输速率为1200bps,2400bps.4800bps,9600bps等。第一节甲烷传感器2020/2/49甲烷传感器是连续监测矿井环境中甲烷浓度的装置;具有显示和声光报警功能。目前煤矿使用甲烷传感器主要有煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器、甲烷抽放用热导式高浓度甲烷传感器和煤矿用高低浓度甲烷传感器3类。应根据使用场所、测量范围和测量精度等要求选择不同检测原理的甲烷传感器。第一节甲烷传感器2020/2/410一、煤矿用低浓度载体催化甲烷传感器1.煤矿用低浓度载体催化甲烷传感器的测量原理低浓度载体催化式甲烷传感器普遍用于检测井下甲烷气体浓度。由检测元件(黑元件)和补偿元件(白元件)组成。补偿元件与检测元件的结构尺寸完全相同，补偿元件表面没有催化剂，补偿元件与检测元件配对使用，在电桥电路中对环境温度、湿度等引起的不平衡起补偿作用的元件。第一节甲烷传感器2020/2/411检测元件是电阻值与空气中甲烷浓度成对应关系的载体催化元件;由铂丝线圈、三氧化二铝(A12O3)载体和表面的催化剂组成，其中三氧化二铝载体用来固定铂丝线圈，增强元件的机械强度。涂在元件表面的铂(Pt)和钯(Pd)等重金属催化剂，使吸附在元件表面的甲烷无焰燃烧。铂丝线圈用来给元件加温，提供甲烷催化燃烧所需要的温度，同时，甲烷燃烧放出的热量使其升温;通过测量其电阻变化，就可测得空气中甲烷浓度。第一节甲烷传感器2020/2/412载体催化传感器检测原理如图6-2所示。第一节甲烷传感器2020/2/413当空气中含有甲烷时，吸附在检测元件表面的甲烷在检测元件表面催化燃烧;燃烧放出的热量与甲烷浓度成正比，在燃烧热量的作用下，检测元件温度上升，检测元件铂丝电阻也随之增大，因此，通过测量△R的变化，测得空气中的甲烷浓度。2.煤矿用低浓度载体催化甲烷传感器的技术要求在甲烷浓度超过上限测量范围时，具有保护载体催化元件的功能，此时传感器的显示值和输出信号值均维持在甲烷超限状态。第一节甲烷传感器2020/2/414报警点可在测量范围内任意设置，报警显示值与设定值的差值不超过士0.05%CH4。正常工作时其指示值的飘移量不超过士0.10%CH4。在甲烷浓度为0.00一4.00%CH4范围内，当甲烷浓度保持恒定时，传感器的显示值或输出信号值的变化量不超过0.04%CH4。传感器响应时间是甲烷浓度发生阶跃变化时输出达到稳定值90%的时间;其响应时间不大于20s。第一节甲烷传感器2020/2/415传感器在连续工作15d的基本误差应不超过表6一1的规定。第一节甲烷传感器2020/2/416二、甲烷抽采(放)用热导式高浓度甲烷传感器1.热导式高浓度甲烷传感器的测量原理热导式高浓度甲烷传感器主要用于甲烷抽采(放)管道中甲烷浓度监测。热导式甲烷传感器的工作原理是:利用甲烷的热导率高于新鲜空气的热导率，通过热敏检测元件测量含有甲烷的混合气体的热导率变化，从而测得甲烷的浓度。第一节甲烷传感器2020/2/417第一节甲烷传感器2020/2/418二、甲烷抽采(放)用热导式高浓度甲烷传感器1.热导式高浓度甲烷传感器的测量原理热导式高浓度甲烷传感器主要用于甲烷抽采(放)管道中甲烷浓度监测。热导式甲烷传感器的工作原理是:利用甲烷的热导率高于新鲜空气的热导率，通过热敏检测元件测量含有甲烷的混合气体的热导率变化，从而测得甲烷的浓度。传感器内部有一个参比室和一个测量室，两个元件的内部分别缠绕着细铂丝，在参比室内密封着参比(基准)气体，而测量室可以进入待测的气体。两个铂丝与外部定值电阻组合，形成电桥回路，恒定电流分别流过各铂丝;使之发热;同催化燃烧式传感器一样，在不存在可燃气体的时候，R1=R2，回路是平衡的。第一节甲烷传感器2020/2/419一旦测量室中的待测组分中发生浓度变化，则测量室中的热导率会随之变动，从而使R1、R2上铂丝的温度发生变化;导致R1、R2阻值出现差异;电桥失去平衡，有信号输出。甲烷浓度越大，温差就越大，阻值相差越大，电桥输出信号越大。根据输出信号的大小;计算出甲烷气体的浓度。热导式甲烷传感器的选择性较差，空气中其他气体的浓度变化会影响甲烷浓度的测量。例如二氧化碳浓度的增加会使混合气体的热导率下降空气湿度的增加将使混合气体的热导率增大。因此，热导式甲烷传感器要排除二氧化碳和空气湿度的影响。由于气体的热导率随温度的增大而增大;影响着甲烷传感器的测量精度。因此;热导式甲烷传感器必须对温度进行补偿，并保持气室温度恒定。第一节甲烷传感器2020/2/4202.热导式甲烷传感器的技术要求热导式甲烷传感器的测量数值采用数字显示以百分体积浓度表示，测量分辨率不低于0.1%CH4。量程有4一40%CH4和4—100%CH42种。测量范围在4一100%CH4时甲烷浓度恒定，传感器显示值变化量不超过0.4%CH4。在20m/s流速条件下，其指示值漂移量不大于士0.1CH4，响应时间不大于30s，工作稳定性不少于21d。第一节甲烷传感器2020/2/421传感器使用电缆的单芯截面积为1.5mm2时，传感器与关联设备的传输距离应不小于2km。第一节甲烷传感器2020/2/422三、煤矿用高低浓度甲烷传感器将煤矿用载体催化与热导检测元件组合进行监测甲烷浓度的传感器称为高低浓度甲烷传感器。煤矿用载体催化与热导组合式高低浓度甲烷传感器是我国煤矿安全监测监控系统用于高瓦斯和煤与瓦斯突出矿并井下甲烷气体监测的仪器。煤矿用载体催化与热导组合高低浓度甲烷传感器量程为0一40%CH4和0一100%CH4。传感器以百分体积浓度显示表示测量值，采用数字显示;低浓度段分辨率不低于0.01%CH4，高浓度段分辨率不低于0.1%CH4，并应能显示值的正或负。第一节甲烷传感器2020/2/423传感器中载体催化元件与热导元件工作转换点设置范围为2一4%CH4，由低浓度转换为高浓度和由高浓度转换为低浓度可设置不同的转换点。传感器显示值的稳定性在0一4%CH4范围内，甲烷浓度恒定时；传感器显示值或输出信号值变化量不超过0.04%CH4。在4一100%CH4范围内，甲烷浓度恒定时，传感器显示值或输出信号值变化量不超0.4%CH4。载体催化元件在测量时的基本误差符合表6-1的规定。传感器热导元件在检测CH4时的基本误差应符合表6-2的规定。传感器催化元件和热导元件转换时不可避免出现附加误差，转换点的附加误差不超过1.00%CH4。传感器在连续工作15d的基本误差应符合表6一1和表6—2的规定。传感器的响应时间不超过20s。第一节甲烷传感器2020/2/424四、非色散红外甲烷传感器非色散红外甲烷传感器采用红外吸收测量原理、扩散式采样、数字式温度补偿等技术。检测精度高、环境适应能力强、稳定可靠。测量量程有0一10%CH4和0一100%CH42种。按使用用途可分为A、B、C3类:A类传感器用于环境监测，测量范围0一10%CH4;B类传感器用于环境监测，测量范围0一100%CH4;C类传感器用于瓦斯抽采管道监测，测量范围0一100%CH4。这类甲烷传感器适用于煤矿作业场所、瓦斯抽采(放)放泵站等存在甲烷泄漏危险场所的甲烷气体浓度检测。第一节甲烷传感器2020/2/4251.非色散红外甲烷传感器的测量原理测量气体分子的光吸收谱是气体种类识别和气体分子浓度测定的有效手段。甲烷对3.33um波长的红外光有一极强的吸收峰，而杂质气体中影响较大的水蒸气和二氧化碳则并无明显吸收这个光谱特性，利用这一特性即可测量甲烷浓度。2.非色散红外甲烷传感器的组成非色散红外甲烷传感器由传感元件、稳压电源、红外接收电路、单片机电路、显示电路、报警电路等部分组成。第一节甲烷传感器2020/2/426传感元件采用光谱气体传感技术，当红外光通过待测气体时，甲烷对3.33um波长的红外光有一极强的吸收峰，正是这个光谱特性，实现了甲烷气体的检测。第一节甲烷传感器2020/2/427红外遥控器的各种操作指令由大规模专用电路编码后驱动红外发射管发送出去，接收电路由一体化大规模红外接收集成电路组成。当该电路收到红外光脉冲后，接收器将光编码信号转换成串行电信号送单片机进行处理;完成各项操作。单片机从传感元件采集代表现场甲烷浓度的电压信号，经运算放大处理后送出200一1000Hz频率信号。当甲烷浓度达到报警值时，单片机驱动晶体管发出声报警和光报警。单片机从红外接收电路采集红外遥控信号，当收到红外遥控指令后，执行相应的指令进行相关参数的修改，并将修改结果送给显示电路进行显示。数码管的首位在显示遥控命令时用来代表各功能代码，后三位在有功能码时显示功能代码对应的内容，无功能代码时显示甲烷浓度。第一节甲烷传感器2020/2/4283.非色散甲烷传感器的主要技术要求(1)输出信号制式。电流型:直