矿用传感器

煤矿监控系统传感器第一节煤矿综合监控系统传感器传感器分类（1）按输入物理量分类（2）按工作原理分类（3）按能量的关系分类（4）按输出的信号的性质分类第二节矿用传感器种类低浓度甲烷传感器高低浓度甲烷传感器超声波漩涡式风速传感器一氧化碳传感器液位传感器温度传感器风流压力传感器管道用流量传感器开停传感器总线式开停传感器风门开闭传感器烟雾传感器粉尘浓度传感器第三节低浓度甲烷传感器的工作原理甲烷浓度检测电桥工作原理若A、B两点的电位相等，通过R1和R2的电流为I1，通过R3和R4的电流为I2，所以:I1R1=I2R3I1R2=I2R4两式相除，得到：R1=R2×（R3/R4）A、B两点的电位差为：UAB＝（△R1/4R）×E黑元件的电阻值与温度的关系为：△R1＝α(DCQ/h)R0（燃烧热方程）方程中为常数的：R0为铂丝摄氏零度时电阻值;α铂丝温度系数:α＝3.9485×10-3/℃D为甲烷扩散系数；Q为甲烷分子燃烧热；h为敏感元件热容量；方程中为变量的：C为被测环境中的甲烷浓度；低浓度甲烷测量范围和测量精度见表传感器数码管显示说明状态位显示红外接收器显示甲烷浓度输出信号指示灯断电控制指示灯调校使用的标准气体标准气体为三级的空气中甲烷标准物质浓度范围为1.0％CH4-3.0％CH4，不确定度≤5％，主要用于催化燃烧原理甲烷测量仪器的日常校准。调校步骤(一)调校步骤(二)调校步骤(三)调校步骤(四)安装位置甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。不同环境安装位置必须符合AQ1029《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》第6.3～6.15条的相关规定。⑸甲烷传感器报警点、断电点、复电点和断电范围的设置必须符合AQ1029《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》第6.2条表1的规定。传感器内部接线和调试说明电路原理图典型故障处理⑴传感器显示“L.LL”当传感器显示“L.LL”时，可能是传感器内的催化元件或热导远见出现断丝。处理办法是：断开电源，取下传感器带回地面。打开传感器后盖，用万用表对照安装图分别检测G、r12、v12之间的电阻值，若在任一边出现不通，并在认真检查确定不是连线问题后，更换新的催化或热导元件。⑵自检时传感器显示2.AA或2.bb自检时，如传感器出现显示2.AA或2.bb符号，说明传感器的测量桥路零点偏移过大，需对传感器进行硬件调零。具体步骤如下：取下传感器带回地面。打开传感器后盖并接通电源数分钟后，同时按下遥控器或传感器电路板上的三个按键数秒钟，然后立即按动选择键，使传感器显示窗内的小数码管显示为“1”，再用螺丝刀调节电路板上的电位器P1，使传感器数字显示为零。⑶报警时有光无声或声音嘶哑当传感器报警时出现有光无声或声音嘶哑现象时，首先应检查蜂鸣器的连线有无断线，如无断线则属蜂鸣器故障。处理方法：可先用橡胶等弹性物对蜂鸣器片予以衬垫以排除嘶哑现象。如不行，则更换蜂鸣器片。⑷报警时无声无光如传感器显示已达报警值但传感器仍无光无声，经检查确定报警灯连线无断线时，请检查传感器电路板上的集成器件IC12（CD4011）或晶体管N6（9013），必要时予以更换。⑸传感器接受不到遥控信号当出现传感器接受不到遥控信号现象时，首先应确认遥控器内的电池是否有电。如有电，则应及时将传感器带回地面，检查、更换传感器线路板上数码管旁的（SFH）红外接收头。⑹小数码管显示的功能位数字乱跳且无法控制当传感器显示窗内的小数码管（功能位）出现数字乱跳且无法控制时，可更换传感器线路板上数码管旁的（SFH）红外接收头。⑺传感器显示“8.88”或其它不明字符传感器在井下如显示“8.88”等其它不明字符或反复显示“00.00”时，应首先检查传感器与分站间的距离是否过长。如传感器离分站过远，二者间铺设的电缆距离过长有可能造成上述故障。此时，只需适当缩短二者间的距离或在二者间增加分站即可使传感器恢复正常。若出现上述故障时传感器的位置就在分站附近，则需将传感器取下带回地面检修。第四节超声波漩涡式风速传感器工作原理简述在无限界流场中，垂直插入一根无限长的非流线型阻力体（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流速（V）大于某个值时，非流线体的两边即产生两列内旋，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率（f）与风速成线性关系。这个现象被称为卡门涡街。只要测到旋涡的频率（f）即可得到所需的风速（V）值。工作原理示意图理论数学模型风速V与旋涡频率f的线性关系式为:式中：f为旋涡频率d旋涡杆迎风面直径D为管道直径Sr为斯特罗哈尔数（三角杆Sr＝0.16）旋涡频率f的检测方法安装和调校现场调校1精度调节:安装前应首先测量巷道平均风速，任选一点安装，传感器安装完毕后将航空插头接入传感器，通电30s后传感器有风速显示才能进行遥控调效，然后遥控器对准传感器按选择键,传感器第四位数码管显示为“2”,然后按遥控器上下键使就地显示为平均风速即可。2报警点调校遥控器对准传感器按选择键,传感器第四位为“3”,此时传感器数码管后三位的显示值即为低风速报警点（风速低于该值报警）；遥控器对准传感器按选择键,传感器第四位为“4”,此时传感器数码管后三位的显示值即为高风速报警点（风速高于该值报警）。再按动遥控器的“上”“下”键把低、高报警点调到需要的值。3显示与输出调节:遥控器对准传感器按选择键,传感器第四位为“5”,传感器后三位数码管显示为“3.0”,此时传感器输出360Hz频率信号。4注意:传感器一旦进行了参数调节,在断电前,必须按遥控器选择键,使第四位小数码管显示数字循环至其消隐,否则,调节后的参数未存入存储器中,导至此次调节无效。第五节一氧化碳传感器检测原理1)当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化。2)一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学反应式为：3)CO+H2O→CO2+2H++2e-4)氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：5)1/2O2+2H++2e-→H2O6)因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：7)2CO+2O2→2CO2传感器内部配置图一氧化炭传感元件信号转换和电源2V模块板测量范围和误差（表1～表3）传感器安装﹑使用方法和调校传感器安装位置传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。传感器应安放置在开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面回风巷，报警浓度为≥0.0024%CO，如图所示。带式输送机滚筒下风側10-15m处应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。使用调校表(一)使用调校表(二)第六节液位传感器工作原理该传感器主要由压阻式传感头和主机组成见图。其基本原理是把液体深度成正比的液体静压力，通过传感器转换成电压信号输出，实现对液位的测量。该传感器的工作方程式为:P1=PO＋ρ·g·H压阻式传感头的敏感元件负测通过导气电缆与大气相通所受压力为P2=PO，于是测量元件所受到的压力差值为：P=P1-P2=ρ·g·Hρ---液体介质g----重力加速度:H----测量点到液面的深度即液位于是P正比与H，即压阻式传感头的输出电压大小成正比于液体深度。第七节温度传感器热电偶测温原理内部结构及接线图温度传感器调校表(一)温度传感器调校表(二)第八节风流压力传感器检测原理扩散硅差压气体传感器选用进口高精度、高稳定性的扩散硅差压敏感芯片，将所测的差压信号经过精密补偿和信号处理，转换成标准电流（电压）信号输出，可直接与二次仪表和计算机控制系统连接，实现生产过程中的自动控制和检测，可广泛用于工业领域中进行非腐蚀性气体的差压测量，特别适用于风压测量。差压传感器示意图内部电路结构及接线图风流压力传感器各种量程表第九节管道用流量传感器(V锥)V形锥流量计简介V型锥流量计是20世纪80年提出的一种差压式流量计，V型锥流量计仍是一种通过节流取差压以反映流量大小的节流装置。节流件为一个悬挂在管道中央的锥形体，高压P1取自锥体前流体未扰动（即未形成节流，流体未加速）的管壁；低压P2取自后锥体中央，并通过引压管引至管外，其差压△P的平方根与流量成正比。计算与孔板、喷咀等类似。V锥流量传感器主要特点1精度高：DV锥型流量计的精度为测量值的±0.5%，贸易计量级为±0.3%（系统精度需参照应用条侏及二次仪表的精度）。2重复性好：DV锥型流量计的重复性很好，为±0.1%。3量程比宽：DV锥型流量计的量程较其它类型的差压流量计大得多，正常情况下为10：1，若有必要不是也可加大。在雷诺数高于8000时输出信号为线性，若低于8000也可测量，但需对输出信号根据曲线进行修正。4直管段要求低：伯努力方程要求受测流体为理想流体，在实际应用中这是根本不可能的，很多情况会造成流体分布不均匀，如弯头，阀门，缩径，扩径，泵，三通等等，对其它仪表而言，这是一个很难解决的问题。DV锥流量计可在极为恶劣的情况下均匀流体分布，如在紧邻仪表上游有单弯管，双弯管，经过锥体“整流”后的流体分布比较均匀可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度，由于DV型流量计可均匀流体分布曲线，因此同其它类型的差压流量计相比，对上下游直管段的要求小，建议安装时在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管。当用户的管道尺寸大，管道价格高或直管段不够的情况下，DV锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内，对DV型流量计的上游有一个90℃的单弯管或两个不在一个平面上的双弯管的情况进行了测试，测试结果表明，DV锥型流量计可在紧邻它的地方装有一个弯管或不在同一个平面上的双弯管而不会对测量精度有影响。第十节设备开停传感器电磁感应原理传感器内部结构图安装调校设备开停传感器输出信号状态表电路原理图第十一节风门开闭传感器工作原理该传感器采用电磁感应原理，灵敏度高可靠性好，体积小安装方便，能长时间连续在井下工作的开关量传感器。第十二节烟雾传感器工作原理粒子式感烟探测器的原理如下图：在两个金属平板之间加上直流电压，并在附近放上一小块同位素镅241。当周围空气无烟雾时，镅241放射出微量的α射线，使附近的空气电离。于是在平板电极之间的直流电压的作用下，空气里就会有离子电流产生。当周围空气有烟雾时，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分离子吸附，使的空气中的离子减少，而且微粒本身也吸收α射线，这两个因素使得离子电流减小。烟雾越浓，离子电流减少越来越明显。改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。烟雾检测原理图第十三节粉尘浓度传感器基本原理一强度恒定的光束穿过含尘气流时，被粉尘阻挡而发生散射。散射光强度与粉尘浓度存在一函数关系，测出散射光强度,就可测出粉尘浓度。