煤矿矿用各种传感器

第一节第一节 煤矿综合监控系统 煤矿综合监控系统 传感器传感器分类 传感器传感器分类 （（11）按输入物理量分类）按输入物理量分类 （（22）按工作原理分类）按工作原理分类 （（33）按能量的关系分类）按能量的关系分类 （（44）按输出的信号的性质分类）按输出的信号的性质分类 低浓度甲烷传感器低浓度甲烷传感器 高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超声波漩涡式风速传感器 一氧化碳传感器一氧化碳传感器 液位传感器液位传感器 温度传感器温度传感器 风流压力传感器风流压力传感器 管道用流量传感器管道用流量传感器 开停传感器开停传感器 总线式开停传感器总线式开停传感器 风门开闭传感器风门开闭传感器 烟雾传感器烟雾传感器 粉尘浓度传感器粉尘浓度传感器 第三节 第三节 低浓度甲烷传感器的工作原理 低浓度甲烷传感器的工作原理 甲烷浓度检测电桥甲烷浓度检测电桥 工作原理工作原理 若若AA、、BB两点的电位相等，通过 两点的电位相等，通过R1 R1和和R2 R2的电 II11 ，通过 ，通过R3 R3和和R4 R4的电流为 的电流为II 22 ，所以 ，所以:: II11 RR 11 22RR 33 II11 RR 22 22RR 44 两式相除，得到： 两式相除，得到：RR 11 22（（RR 33 AA、、BB两点的电位差为：两点的电位差为： UU AB AB ＝（RR11 /4R /4R） ）EE 黑元件的电阻值与温度的关系为： 黑元件的电阻值与温度的关系为： R1 R1＝＝α(DCQ/h)R α(DCQ/h)R 00 （燃烧热方程） （燃烧热方程） 方程中为常数的： 方程中为常数的： RR 00 为铂丝摄氏零度时电阻值 为铂丝摄氏零度时电阻值;; 铂丝温度系数铂丝温度系数::αα ＝＝3.9485 3.948510 10--3/ DD为甲烷扩散系数；为甲烷扩散系数； QQ为甲烷分子燃烧热； 为甲烷分子燃烧热； hh为敏感元件热容量； 为敏感元件热容量； 方程中为变量的： 方程中为变量的： CC为被测环境中的甲烷浓度； 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 低浓度甲烷测量范围和测量精度见表 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 标准气体为三级的空气中甲烷标准物质浓度 标准气体为三级的空气中甲烷标准物质浓度 范围为 范围为1.0 1.0％％CH CH 44 --3.0 3.0％％CH CH 44 ，不确定度 ，不确定度55％， 主要用于催化燃烧原理甲烷测量仪器的日主要用于催化燃烧原理甲烷测量仪器的日 常校准。 常校准。 调校步骤 调校步骤((一一)) 调校步骤 调校步骤((二二)) 调校步骤 调校步骤((三三)) 调校步骤 调校步骤((四四)) 甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位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 置，距顶板（顶梁）不得大于300mm 300mm，距巷道侧 ，距巷道侧 壁不得小于 壁不得小于200mm 200mm，并应安装维护方便，不影响 ，并应安装维护方便，不影响 行人和行车。 行人和行车。 不同环境安装位置必须符合不同环境安装位置必须符合AQ 1029 AQ 1029《《煤矿安全监 煤矿安全监 控系统 控系统及检测仪器使用管理规范 及检测仪器使用管理规范》》第第6.3 6.3～～6.15 6.15条条 的相关规定。 的相关规定。 甲烷传感器报警点、断电点、复电点和断电范甲烷传感器报警点、断电点、复电点和断电范 围的设置必须符合 围的设置必须符合AQ 1029 AQ 1029《《煤矿安全监控系统 煤矿安全监控系统及及 检测仪器使用管理规范 检测仪器使用管理规范》》第第6.2 6.2条条表表11的规定。 的规定。 传感器内部接线和调试说明 传感器内部接线和调试说明 电路原理图 电路原理图 传感器显示传感器显示““L.LL” L.LL” 当传感器显示 当传感器显示““L.LL” L.LL”时，可能是传感 时，可能是传感 器内的催化元件或热导远见出现断丝。处 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 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 面。打开传感器后盖，用万用表对照安装 图分别检测 图分别检测GG、、r12 r12、、v12 v12之间的电阻值，若 之间的电阻值，若 在任一边出现不通，并在认真检查确定不 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。 是连线问题后，更换新的催化或热导元件。 SFH SFH 8.88 8.88”” 8.88 8.88”” 00.00 00.00”” 第四节 第四节 超声波漩涡式风速传感器 超声波漩涡式风速传感器 工作原理简述工作原理简述 在无限界流场中，垂直插入 在无限界流场中，垂直插入 一根无限长的非流线型阻 一根无限长的非流线型阻 力体（旋涡杆或称旋涡 力体（旋涡杆或称旋涡 体），当流经该非流线体 体），当流经该非流线体 的流速（ 的流速（VV）大于某个值时， ）大于某个值时， 非流线体的两边即产生两 非流线体的两边即产生两 列内旋，方向相反、交替 列内旋，方向相反、交替 出现的旋涡，旋涡的频率 出现的旋涡，旋涡的频率 （（ff）与风速成线性关系。 ）与风速成线性关系。 这个现象被称为卡门涡街。 这个现象被称为卡门涡街。 只要测到旋涡的频率（ 只要测到旋涡的频率（ff）） 即可得到所需的风速（ 即可得到所需的风速（VV）） 工作原理示意图工作原理示意图 理理 数数学学 风速风速VV与旋涡频率 与旋涡频率ff的线性关系式为 的线性关系式为:: ff为旋涡频率为旋涡频率 dd旋涡杆迎风面直径旋涡杆迎风面直径 DD为管道直径为管道直径 Sr＝＝0.160.16）） 场场调调 精度调节精度调节:: 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 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 航空插头接入传感器，通电30s 30s后传感器有风速显示才能进行遥控调效，然后 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 遥控器对准传感器按选择键,,传感器第四位数码管显示为“ 传感器第四位数码管显示为“2”, 2”,然后按遥控器 然后按遥控器 上下键使就地显示为平均风速即可。 上下键使就地显示为平均风速即可。 报警点调校报警点调校 遥控器对准传感器按选择键 遥控器对准传感器按选择键,,传感器第四位为“ 传感器第四位为“3”, 3”,此时传感器数码管后 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 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 按选择键,,传感器第四位为“ 传感器第四位为“4”, 4”,此时传感器数码管后三位的显示值即为高风 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 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。 报警点调到需要的值。 显示与输出调节显示与输出调节:: 遥控器对准传感器按选择键 遥控器对准传感器按选择键,,传感器第四位为“ 传感器第四位为“5”, 5”,传感器后三位数码管 传感器后三位数码管 显示为“ 显示为“3.0”, 3.0”,此时传感器输出 此时传感器输出360Hz 360Hz频率信号。 频率信号。 注意注意:: 传感器一旦进行了参数调节 传感器一旦进行了参数调节,,在断电前 在断电前,,必须按遥控器选择键 必须按遥控器选择键,,使第四位小 使第四位小 数码管显示数字循环至其消隐 数码管显示数字循环至其消隐,,否则 否则,,调节后的参数未存入存储器中 调节后的参数未存入存储器中,,导至此次 导至此次 调节无效。 调节无效。 第五节 第五节 一氧化碳传感器 一氧化碳传感器 当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电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。 流也随之成正比变化。 一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生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： 氧化。其化学反应式为： CO+H22 OCO OCO 22 +2H++2e +2H++2e-- 氧化反应产生的氧化反应产生的H+ H+离子和电子，通过电解液转移到与 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 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： 原反应。其化学反应式为： 1/2O22 +2H++2e +2H++2e--H 22OO 因此，传感器内部就发生了氧化因此，传感器内部就发生了氧化--还原的可逆反应。其 还原的可逆反应。其 化学反应式为： 化学反应式为： 2CO+2O22 2CO 2CO 22 传感器内部配置图 传感器内部配置图 一氧化炭传感元件信号转换和电源 一氧化炭传感元件信号转换和电源2V 2V模块板 模块板 测量范围和误差（表 测量范围和误差（表11～表 ～表33）） 传感器安装 传感器安装使用方法和调校 使用方法和调校 传感器安装位置 传感器安装位置 传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流 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 稳定的位置，距顶板（顶梁）不得 大于 大于300mm 300mm，距巷壁不得小于 ，距巷壁不得小于200mm 200mm，， 并应安装维护方便，不影响行人和 并应安装维护方便，不影响行人和 行车。 行车。 传感器应安放置在开采容易自燃、自 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 燃煤层的采煤工作面回风巷，报警 浓度为 浓度为0.0024%CO 0.0024%CO，如图所示。 ，如图所示。 带式输送机滚筒下风侧 带式输送机滚筒下风侧10 10--15 15mm处应设 处应设 置一氧化碳传感器，报警浓度为 置一氧化碳传感器，报警浓度为 0.0024%CO 0.0024%CO。。 自然发火观测点、封闭火区防火墙栅 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 栏外宜设置一氧化碳传感器，报警 浓度为 浓度为0.0024%CO 0.0024%CO。。 开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采 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 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 应设置一氧化碳传感器，报警浓度 为为0.0024%CO 0.0024%CO。。 用用调调 表表((一一)) 用用调调 表表((二二)) 工作原理工作原理 该传感器主要由压阻式传感头和主机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 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 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 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 量。该传感器的工作方程式为:: 1=PO＋＋ρρggHH压阻式传感头的敏感元件负测通过导 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 气电缆与大气相通所受压力为P2=PO P2=PO，， 于是测量元件所受到的压力差值为： 于是测量元件所受到的压力差值为： P=P1 ---液体介质液体介质 gg---- ----重力加速度 重力加速度:: HH---- ----测量点到液面的深度即液位 测量点到液面的深度即液位 于是 于是PP正比与 正比与HH，即压阻式传感头的输 出电压大小成正比于液体深度。出电压大小成正比于液体深度。 温度传感器 温度传感器 热电偶测温原理热电偶测温原理 内部结构及接线图 内部结构及接线图 温度传感器调校表 温度传感器调校表((一一)) 温度传感器调校表 温度传感器调校表((二二)) 第八节 第八节 风流压力传感器 风流压力传感器 检测原理检测原理 扩散硅差压气体传感器选用 扩散硅差压气体传感器选用 进口高精度、高稳定性的 进口高精度、高稳定性的 扩散硅差压敏感芯片，将 扩散硅差压敏感芯片，将 所测的差压信号经过精密 所测的差压信号经过精密 补偿和信号处理，转换成 补偿和信号处理，转换成 标准电流（电压）信号输 标准电流（电压）信号输 出，可直接与二次仪表和 出，可直接与二次仪表和 计算机控制系统连接，实 计算机控制系统连接，实 现生产过程中的自动控制 现生产过程中的自动控制 和检测，可广泛用于工业 和检测，可广泛用于工业 领域中进行非腐蚀性气体 领域中进行非腐蚀性气体 的差压测量，特别适用于 的差压测量，特别适用于 风压测量。 风压测量。 差压传感器示意图 差压传感器示意图 内部电路结构及接线图 内部电路结构及接线图 风流压力传感器各种量程表 风流压力传感器各种量程表 第九节 第九节 管道用流量传感器 管道用流量传感器(V VV形锥流量计简介形锥流量计简介 VV型锥流量计是 型锥流量计是20 20世纪 世纪80 80年提出的 年提出的 一种差压式流量计， 一种差压式流量计，VV型锥流量 型锥流量 计仍是一种通过节流取差压以 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 反映流量大小的节流装置。节 流件为一个悬挂在管道*的 流件为一个悬挂在管道*的 锥形体，高压 锥形体，高压P1 P1取自锥体前流 取自锥体前流 体未扰动（即未形成节流，流 体未扰动（即未形成节流，流 体未加速）的管壁 体未加速）的管壁 ；低压 ；低压P2 P2取取 自后锥体*，并通过引压管 自后锥体*，并通过引压管 引至管外，其差压PP的平方根的平方根 与流量成正比。计算与孔板、 与流量成正比。计算与孔板、 喷咀等类似。 喷咀等类似。 VV锥流量传感器主要特点 锥流量传感器主要特点 精度高：精度高： DV DV锥型流量计的精度为测量值的 锥型流量计的精度为测量值的0.5% 0.5%，贸易计量级为 ，贸易计量级为0.3% 0.3%（系统精度需参照应用条 （系统精度需参照应用条 侏及二次仪表的精度）。 侏及二次仪表的精度）。 重复性好：重复性好： DV DV锥型流量计的重复性很好，为 锥型流量计的重复性很好，为0.1% 0.1%。。 量程比宽：量程比宽： DV 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 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 10：：11，若有必要不 ，若有必要不 是也可加大。在雷诺数高于 是也可加大。在雷诺数高于8000 8000时输出信号为线性，若低于 时输出信号为线性，若低于8000 8000也可测量，但需对输 也可测量，但需对输 出信号根据曲线进行修正。 出信号根据曲线进行修正。 直管段要求低：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 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 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。 是一个很难解决的问题。DV 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 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 仪表上游有单弯管，双弯管，经过锥体““整流 整流””后的流体分布比较均匀可保证仪表在 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 恶劣的条件下获得较高的测量精度，由于DV DV型流量计可均匀流体分布曲线，因此同其 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 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00--3D 3D的直 管段，在下游留管段，在下游留00--1D 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 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，DVDV锥型流量计将是较佳选择。在过去十年内，对 锥型流量计将是较佳选择。在过去十年内，对DV DV型流量计的上游有一个 型流量计的上游有一个 90 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， 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 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 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。 量精度有影响。 第十节 第十节 设备开停传感器 设备开停传感器 电磁感应原理电磁感应原理 传感器内部结构图 传感器内部结构图 安安 装装 调调 设备开停传感器输出信号状态表设备开停传感器输出信号状态表 风门开闭传感器风门开闭传感器 工作原理工作原理 该传感器采用电磁感应原理，灵敏度高可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 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。 在井下工作的开关量传感器。 第十二节 第十二节 烟雾传感器 烟雾传感器 工作原理工作原理 粒子式感烟探测器的原理如下图：在 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， 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 并在附近放上一小块同位素镅 241 241。当周围空气无烟雾时，镅 。当周围空气无烟雾时，镅 241 241放射出微量的 放射出微量的αα射线，使附近 射线，使附近 的空气电离。于是在平板电极之 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 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 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， 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 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 空气中的离子减少，而且微粒本 身也吸收 身也吸收αα射线，这两个因素使 射线，这两个因素使 得离子电流减小。烟雾越浓，离 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 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， 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 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 警，并向配套监控系统输出报警 开关信号。 开关信号。 烟雾检测原理图烟雾检测原理图 第十三节 第十三节 粉尘浓度传感器 粉尘浓度传感器 基本原理基本原理 一强度恒定的光束穿过含尘气流时，被粉尘阻挡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 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 关系，测出散射光强度,,就可测出粉尘浓度。 就可测出粉尘浓度