第6章礦用傳感器剖析

1、第一節(jié) 甲烷傳感器第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器第三節(jié) 礦用壓力傳感器第四節(jié) 一氧化碳傳感器第五節(jié) 礦用溫度傳感器第六節(jié) 礦用煙霧傳感器第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳感器第十二節(jié) 便攜式甲烷檢測報警儀復(fù)習(xí)思考題 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄。 傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件、測量電路以及輔助電源等部分組成，如圖6-1所示。常見的測量電路由放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等組成，它們分別

2、與相應(yīng)的傳感器相配合。傳感器輸出信號有電壓、電流、頻率、脈沖等多種形式。礦用傳感器主要用于礦井環(huán)境參數(shù)和礦井工況參數(shù)的監(jiān)測。礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、環(huán)境溫度、風(fēng)量、風(fēng)壓、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度和硫化氫濃度。礦井工況監(jiān)測參數(shù)主要有設(shè)備開停、風(fēng)筒風(fēng)量、風(fēng)門開關(guān)、輸送機(jī)開停、煤倉煤位、采煤機(jī)組位置、排水系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、主要通風(fēng)機(jī)工作狀況等參數(shù)。礦用傳感器根據(jù)測量原理可分為電位計式、應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、光敏式、霍爾式、光纖式、氣敏式和智能式等；根據(jù)輸入物理量可分為位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣體濃度傳感器等；根據(jù)輸出信號的性質(zhì)可分

3、為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器，即模擬式傳感器輸出模擬信號和數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號。礦用傳感器應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，其防爆型式優(yōu)選本質(zhì)安全型，用于安全監(jiān)控的礦用傳感器防爆型式應(yīng)為本質(zhì)安全型，載體催化式甲烷傳感器其防爆型式可采用隔爆兼本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志為Exibd。在傳感器的外殼明顯處設(shè)有Ex、MA標(biāo)志和計量器具標(biāo)志。礦用傳感器一般應(yīng)具有顯示功能，顯示應(yīng)清楚準(zhǔn)確。具有報警功能的礦用傳感器，其報警點應(yīng)能在測量范圍任意設(shè)定，報警聲級強(qiáng)度在距其1 m遠(yuǎn)處的聲響信號的聲壓級應(yīng)不小于80 dB(A)，光信號在20 m遠(yuǎn)處清晰可辨。礦用傳感器應(yīng)在924 V范圍內(nèi)工作，使用單芯截面積為1.5

4、mm2的電纜時，傳感器與分站之間的傳輸距離不小于2 km。礦用傳感器的工作穩(wěn)定性應(yīng)不小于15 d。傳感器應(yīng)具有采用遙控器調(diào)校的功能。礦用傳感器應(yīng)能在下列條件下正常工作：溫度為040 ；相對濕度不大于98%；大氣壓力為80116 kPa；風(fēng)速不大于8 m/s；存儲溫度為-4060 。礦用傳感器的輸出信號應(yīng)滿足下列要求：電流型為15mA或420mA；頻率型為2001000 Hz，脈沖寬度大于0.3ms的電流脈沖；數(shù)字信號的傳輸速率為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps等。第一節(jié) 甲烷傳感器甲烷傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井環(huán)境中甲烷濃度的裝置，具有顯示和聲光報警功能。目前煤礦使用甲

5、烷傳感器主要有煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器、甲烷抽放用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器和煤礦用高低濃度甲烷傳感器3類。應(yīng)根據(jù)使用場所、測量范圍和測量精度等要求選擇不同檢測原理的甲烷傳感器。第一節(jié) 甲烷傳感器一、 煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器1. 煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的測量原理低濃度載體催化式甲烷傳感器是我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用的檢測井下甲烷氣體濃度儀器。載體催化元件是在鉑絲上涂有載體并浸有催化劑，用來檢測煤礦空氣中甲烷濃度的敏感元件。第一節(jié) 甲烷傳感器由檢測元件（黑元件）和補(bǔ)償元件（白元件）組成，補(bǔ)償元件與檢測元件的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，補(bǔ)償元件表面沒有催化劑，補(bǔ)償元件與檢測元件配對使用

6、，在不平衡電橋中對環(huán)境溫度、濕度等起補(bǔ)償作用的元件。第一節(jié) 甲烷傳感器檢測元件是電阻值與空氣中甲烷濃度成對應(yīng)關(guān)系的載體催化元件，由鉑絲線圈、三氧化二鋁（Al2O3）載體和表面的催化劑組成，其中三氧化二鋁載體用來固定鉑絲線圈，增強(qiáng)元件的機(jī)械強(qiáng)度。涂在元件表面的鉑(Pt)和鈀(Pd)等重金屬催化劑，使吸附在元件表面的甲烷無焰燃燒。第一節(jié) 甲烷傳感器鉑絲線圈用來給元件加溫，提供甲烷催化燃燒所需要的溫度，同時，甲烷燃燒放出的熱量使其升溫，通過測量其電阻變化，就可測得空氣中甲烷濃度。第一節(jié) 甲烷傳感器載體催化傳感器檢測原理如圖6-2所示。R1 、R2電橋電阻；C補(bǔ)償元件；D檢測元件；W1調(diào)零電位器第一節(jié)

7、 甲烷傳感器在甲烷濃度為0的新鮮空氣中，其檢測元件與補(bǔ)償元件電阻相等，即RC=RD，這時，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓U=0。若環(huán)境溫度發(fā)生變化或通過檢測元件與補(bǔ)償元件的電流發(fā)生變化，使檢測元件與補(bǔ)償元件電阻發(fā)生變化，但由于變化后的檢測元件與補(bǔ)償元件電阻仍相等，不會使電橋失衡。因此，補(bǔ)償元件具有環(huán)境溫度補(bǔ)償作用。第一節(jié) 甲烷傳感器當(dāng)空氣中含有甲烷時，吸附在檢測元件表面的甲烷在檢測元件表面催化燃燒，燃燒放出的熱量與甲烷濃度成正比，在燃燒熱量的作用下，檢測元件溫度上升，檢測元件鉑絲電阻也隨之增大R，因此，通過測量R的變化，測得空氣中的甲烷濃度。傳感器的顯示值是指傳感器的測量數(shù)值，以百分體積濃度表示，

8、采用數(shù)字顯示。第一節(jié) 甲烷傳感器2.煤礦用低濃度載體催化甲烷傳感器的技術(shù)要求在甲烷濃度超過上限測量范圍時，具有保護(hù)載體催化元件的功能，此時傳感器的顯示值和輸出信號值均維持在甲烷超限狀態(tài)。第一節(jié) 甲烷傳感器報警點可在測量范圍內(nèi)任意設(shè)置，報警顯示值與設(shè)定值的差值不超過0.05%CH4。正常工作時其指示值的飄移量不超過0.10%CH4。在甲烷濃度為0.004.00%CH4范圍內(nèi)，當(dāng)甲烷濃度保持恒定時，傳感器的顯示值或輸出信號值的變化量不超過0.04%CH4。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感器響應(yīng)時間是甲烷濃度發(fā)生階躍變化時，輸出達(dá)到穩(wěn)定值90%的時間，其響應(yīng)時間不大于20 s。傳感器在連續(xù)工作15 d的基本誤

9、差應(yīng)不超過表6-1的規(guī)定。第一節(jié) 甲烷傳感器二、甲烷抽采（放）用熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器1.熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器的測量原理熱導(dǎo)式高濃度甲烷傳感器主要用于甲烷抽采（放）管道中和高瓦斯采掘工作面的甲烷濃度監(jiān)測，在甲烷風(fēng)電閉鎖裝置中熱導(dǎo)元件與載體催化元件組合，構(gòu)成高低濃度甲烷傳感器。第一節(jié) 甲烷傳感器熱導(dǎo)式甲烷傳感器的工作原理是：利用甲烷的熱導(dǎo)率高于新鮮空氣的熱導(dǎo)率，通過熱敏檢測元件測量含有甲烷的混合氣體的熱導(dǎo)率變化，從而測得甲烷的濃度。第一節(jié) 甲烷傳感器熱導(dǎo)式甲烷傳感器測量原理如圖6-3所示。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感器內(nèi)部有一個參比室和一個測量室，兩個元件的內(nèi)部分別纏繞著細(xì)鉑絲，在參比室內(nèi)密封著參比

10、(基準(zhǔn))氣體，而測量室可以進(jìn)入待測的氣體。兩個鉑絲與外部定值電阻組合，形成電橋回路，恒定電流分別流過各鉑絲，使之發(fā)熱，同催化燃燒式傳感器一樣，在不存在可燃?xì)怏w的時候，R1=R2，回路是平衡的。第一節(jié) 甲烷傳感器因此產(chǎn)生“零”數(shù)值，一旦測量室中的待測組分中發(fā)生濃度變化，則測量室中的熱導(dǎo)率會隨之變動，從而使R1、R2上鉑絲的溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致R1、R2阻值出現(xiàn)差異，電橋失去平衡，有信號輸出。甲烷濃度越大，溫差就越大，阻值相差越大，電橋輸出信號越大。根據(jù)輸出信號的大小，計算出甲烷氣體的濃度。第一節(jié) 甲烷傳感器熱導(dǎo)式甲烷傳感器的選擇性較差，空氣中其他氣體的濃度變化會影響甲烷濃度的測量。例如，二氧化碳濃

11、度的增加會使混合氣體的熱導(dǎo)率下降，空氣濕度的增加將使混合氣體的熱導(dǎo)率增大。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器要排除二氧化碳和空氣濕度的影響。由于氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的增大而增大，影響著甲烷傳感器的測量精度。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器必須對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，并保持氣室溫度恒定。第一節(jié) 甲烷傳感器熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射決定了氣室內(nèi)的熱交換，當(dāng)溫度不高時，熱交換主要取決于熱傳導(dǎo)和熱對流。并且氣室尺寸和氣體流速對流的影響，會進(jìn)一步對熱導(dǎo)式甲烷傳感器測量值造成影響。由于空氣中甲烷濃度的微量變化很難通過甲烷空氣混合物熱導(dǎo)率的變化測得。因此，熱導(dǎo)式甲烷傳感器目前主要用于高濃度甲烷檢測。第一節(jié) 甲烷傳感器2.熱導(dǎo)式甲烷傳感器的技術(shù)

12、要求熱導(dǎo)式甲烷傳感器的測量數(shù)值采用數(shù)字顯示以百分體積濃度表示，測量分辨率不低于0.1%CH4 。量程有4%CH440%CH4和4%CH4100%CH42種。測量范圍在4%CH4100%CH4時，甲烷濃度恒定時，傳感器顯示值變化量不超過0.4%CH4。在20 m/s流速條件下，其指示值漂移量不大于0.1%CH4，響應(yīng)時間不大于30 s，工作穩(wěn)定性不少于21 d。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感器的基本誤差不超過表6-2所示。傳感器使用電纜的單芯截面積為1.5 mm2時，傳感器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的傳輸距離應(yīng)不小于2 km。第一節(jié) 甲烷傳感器三、 煤礦用高低濃度甲烷傳感器將煤礦用載體催化與熱導(dǎo)檢測元件組合進(jìn)行監(jiān)測甲烷

13、濃度的傳感器稱為高低濃度甲烷傳感器。煤礦用載體催化與熱導(dǎo)組合式高低濃度甲烷傳感器是我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)用于高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井井下甲烷氣體監(jiān)測的儀器。煤礦用載體催化與熱導(dǎo)組合高低濃度甲烷傳感器量程為040%CH4和0100%CH4。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感器以百分體積濃度顯示表示測量值，采用數(shù)字顯示，低濃度段分辨率不低于0.01%CH4，高濃度段分辨率不低于0.1%CH4，并應(yīng)能顯示值的正或負(fù)。傳感器中載體催化元件與熱導(dǎo)元件工作轉(zhuǎn)換點設(shè)置范圍為2%CH44%CH4，由低濃度轉(zhuǎn)換為高濃度和由高濃度轉(zhuǎn)換為低濃度可設(shè)置不同的轉(zhuǎn)換點。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感器顯示值的穩(wěn)定性在04%CH4范圍內(nèi)，甲

14、烷濃度恒定時，傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過0.04%CH4。在4%CH4100%CH4范圍內(nèi)，甲烷濃度恒定時，傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過0.4%CH4。第一節(jié) 甲烷傳感器載體催化元件在測量時的基本誤差符合表6-1的規(guī)定。傳感器熱導(dǎo)元件在檢測CH4時的基本誤差應(yīng)符合表6-2的規(guī)定。傳感器催化元件和熱導(dǎo)元件轉(zhuǎn)換時不可避免出現(xiàn)附加誤差，轉(zhuǎn)換點的附加誤差不超過1.00%CH4。傳感器在連續(xù)工作15 d的基本誤差應(yīng)符合表6-1和表6-2的規(guī)定。傳感器的響應(yīng)時間不超過20 s。第一節(jié) 甲烷傳感器目前我國煤礦常用的高低濃度甲烷傳感器有KG9701型智能高低濃度甲烷傳感器、KG9001B型智

15、能高低濃度甲烷傳感器、AWJ-90A型高低濃度甲烷傳感器等多種型號。第一節(jié) 甲烷傳感器四、 非色散紅外甲烷傳感器非色散紅外甲烷傳感器是針對煤礦及其他含甲烷爆炸氣體環(huán)境而設(shè)計的甲烷氣體濃度檢測儀，該儀器采用紅外吸收測量原理、擴(kuò)散式采樣、數(shù)字式溫度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，檢測精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。第一節(jié) 甲烷傳感器測量量程有010%CH4和0100%CH42種。非色散紅外甲烷傳感器按使用用途可分為A、B、C3類：A類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍010%CH4；B類傳感器用于環(huán)境監(jiān)測，測量范圍0100%CH4；C類傳感器用于瓦斯抽采（放）管道監(jiān)測，測量范圍0100%CH4。這類甲烷傳感器適用于煤礦作

16、業(yè)場所、瓦斯抽采（放）放泵站等存在甲烷泄漏危險場所的甲烷氣體濃度檢測。第一節(jié) 甲烷傳感器1.非色散紅外甲烷傳感器的測量原理測量氣體分子的光吸收譜是氣體種類識別和氣體分子濃度測定的有效手段。甲烷對3.33 m波長的紅外光有一極強(qiáng)的吸收峰，而雜質(zhì)氣體中影響較大的水蒸氣和二氧化碳則并無明顯吸收這個光譜特性，利用這一特性即可測量甲烷濃度。第一節(jié) 甲烷傳感器2.非色散紅外甲烷傳感器的組成非色散紅外甲烷傳感器由傳感元件、穩(wěn)壓電源、紅外接收電路、單片機(jī)電路、顯示電路、報警電路等部分組成。第一節(jié) 甲烷傳感器非色散紅外甲烷傳感器的原理如圖6-4所示。第一節(jié) 甲烷傳感器傳感元件采用光譜氣體傳感技術(shù)，當(dāng)紅外光通過待

17、測氣體時, 甲烷對3.33 m波長的紅外光有一極強(qiáng)的吸收峰，正是這個光譜特性，實現(xiàn)了甲烷氣體的檢測。第一節(jié) 甲烷傳感器紅外遙控器的各種操作指令由大規(guī)模專用電路編碼后驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)送出去，接收電路由一體化大規(guī)模紅外接收集成電路組成。當(dāng)該電路收到紅外光脈沖后，接收器將光編碼信號轉(zhuǎn)換成串行電信號送單片機(jī)進(jìn)行處理，完成各項操作。第一節(jié) 甲烷傳感器單片機(jī)從傳感元件采集代表現(xiàn)場甲烷濃度的電壓信號，經(jīng)運(yùn)算放大處理后送出2001 000 Hz頻率信號。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到報警值時，單片機(jī)驅(qū)動晶體管發(fā)出聲報警和光報警。單片機(jī)從紅外接收電路采集紅外遙控信號，當(dāng)收到紅外遙控指令后，執(zhí)行相應(yīng)的指令進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的修改，并將

18、修改結(jié)果送給顯示電路進(jìn)行顯示。第一節(jié) 甲烷傳感器數(shù)碼管的首位在顯示遙控命令時用來代表各功能代碼，后三位在有功能碼時顯示功能代碼對應(yīng)的內(nèi)容，無功能代碼時顯示甲烷濃度。第一節(jié) 甲烷傳感器3.非色散甲烷傳感器的主要技術(shù)要求（1） 輸出信號制式。電流型：直流15 mA，420 mA；頻率型：2001 000 Hz，2002 000 Hz；數(shù)字信號型：傳輸速率為1 200 bps、2 400 bps、4 800 bps、9 600 bps，電平不小于3.0 V。第一節(jié) 甲烷傳感器（2） 測量數(shù)據(jù)顯示。傳感器以百分體積濃度表示測量數(shù)據(jù)并用數(shù)字顯示。測量范圍在010%CH4時，其分辨率不低于0.01%CH4

19、；測量范圍在10%CH4100%CH4時，其分辨率不低于0.1%CH4。第一節(jié) 甲烷傳感器（3） 顯示值穩(wěn)定性。測量范圍在010%CH4時，甲烷濃度恒定時，傳感器顯示值與輸出信號值（換算成甲烷濃度）變化量不超過0.04%CH4。測量范圍在10%CH4100%CH4時，甲烷濃度恒定時，傳感器顯示值與輸出信號值（換算成甲烷濃度）變化量不超過0.4%CH4。第一節(jié) 甲烷傳感器（4） 基本誤差。第一節(jié) 甲烷傳感器（5） 工作穩(wěn)定性：傳感器連續(xù)工作60 d，應(yīng)符合基本誤差。（6） 響應(yīng)時間：A、B類傳感器25 s，C類傳感器50 s。（7） 傳輸距離：2 km。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器礦用風(fēng)速傳感器是連續(xù)

20、監(jiān)測礦井通風(fēng)巷道中風(fēng)速大小的裝置。常用的風(fēng)速傳感器，根據(jù)原理不同主要有以下幾種類型：超聲波傳感器、熱電耦式風(fēng)速傳感器、激光多普勒風(fēng)速傳感器和孔板流量計風(fēng)速傳感器等。用于礦井的風(fēng)速傳感器主要有超聲波旋渦式和超聲波時差式兩種。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器一、 超聲波旋渦風(fēng)速傳感器的原理及特點超聲波渦風(fēng)速傳感器又稱為超聲波渦街風(fēng)速傳感器，是基于超聲原理實現(xiàn)的。其工作原理是在旋渦發(fā)生桿（即阻力體）的后部一側(cè)安裝有超聲波發(fā)射換能器；發(fā)射出連續(xù)等幅的超聲波束；另一側(cè)安裝有一個相同的接收換能器；當(dāng)無風(fēng)速時，接收換能器接收到一束未經(jīng)調(diào)制的等幅超聲波束。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器超聲波旋渦風(fēng)速傳感器原理如圖6-5所示。第

21、二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器當(dāng)有風(fēng)速時，在發(fā)生桿后面形成旋渦，旋渦與超聲波束相遇時，由于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期變化，導(dǎo)致通過旋渦部分的超聲波束的聲能被折射和反射，使到達(dá)接收器的聲能減弱；在下一個旋渦沒有到達(dá)之前，接收器信號又恢復(fù)到原來的幅值。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器只要有一個旋渦通過超聲波束區(qū)，超聲波束就被調(diào)制一次，形成調(diào)幅波。因此，調(diào)幅波頻率即為旋渦頻率。調(diào)幅波信號被接收換能器接收后進(jìn)行放大、解調(diào)、濾波等電信號處理，就可檢測出旋渦個數(shù)，從而測定風(fēng)速。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器超聲波傳感器與其他形式的傳感器相比具有以下3個特點：（1） 無可動部件，無機(jī)械磨損，性能穩(wěn)定，使用壽命長。（2） 輸出

22、信號本身是與風(fēng)速成線性的脈沖頻率信號，沒有零點漂移，且敏感元件變化不會直接影響輸出，測量精度高。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器（3） 輸出信號不受氣體的溫度、濕度、壓力、成分、密度、黏度、礦塵等影響。因此，此類傳感器在煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器二、 礦用風(fēng)速傳感器的技術(shù)要求測量范圍：0.415 m/s。測量誤差：0.3 m/s。輸出信號：頻率型2001 000 Hz或電流型15 mA。第二節(jié) 礦用風(fēng)速傳感器工作電壓：1221 V DC。工作電流：90 mA。傳輸距離：2 km。第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、密閉巷道、通風(fēng)巷道等地點

23、風(fēng)流壓力的裝置。礦井空氣壓力的監(jiān)測，特別是負(fù)壓的監(jiān)測是作為檢驗礦井主要通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)壓力、通風(fēng)能力及瓦斯抽采（放）效果的一個重要指標(biāo)。在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感器較多。第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用壓力傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、密閉巷道、通風(fēng)巷道等地點風(fēng)流壓力的裝置。礦井空氣壓力的監(jiān)測，特別是負(fù)壓的監(jiān)測是作為檢驗礦井主要通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)壓力、通風(fēng)能力及瓦斯抽采（放）效果的一個重要指標(biāo)。在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中，使用壓力傳感器較多。第三節(jié) 礦用壓力傳感器一、 壓力傳感器的分類及測量原理(一) 壓力傳感器的分類礦用壓力傳感器有正壓傳感器和負(fù)壓傳感器2大類。正壓傳感器主要用

24、于瓦斯抽采（放）泵站的缺水保護(hù)、循環(huán)水池液位、利用瓦斯時輸出管道中的瓦斯壓力、煤層瓦斯壓力、巷道頂板壓力監(jiān)測等。第三節(jié) 礦用壓力傳感器礦用負(fù)壓傳感器主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)總負(fù)壓、礦井通風(fēng)機(jī)壓差、通風(fēng)設(shè)施內(nèi)外側(cè)壓差等。(二) 壓力傳感器的測量原理 煤礦常用壓力傳感器有差動變壓器壓力傳感器、半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器等。第三節(jié) 礦用壓力傳感器1.差動變壓器壓力傳感器測量原理彈性敏感器件一般稱為膜盒，它是由2片壓有波紋的金屬薄片焊接而成。當(dāng)膜盒兩側(cè)存在壓差時，膜片將彎向壓力小的一側(cè)。因此可將壓力轉(zhuǎn)換成位移量。在壓力未導(dǎo)入前，測量桿處于差動變壓器的中間位置，膜盒無位移，此時輸出電壓為零。第三節(jié) 礦用壓力

25、傳感器當(dāng)有被測壓力導(dǎo)入時，膜盒在壓差作用下，其測量桿將產(chǎn)生與壓差成正比的位移，使差動變壓器二次繞組的感應(yīng)電動勢發(fā)生變化而有電壓輸出，完成壓力與電信號的轉(zhuǎn)換過程。此電壓經(jīng)信號處理電路處理后，分送傳輸、存儲、顯示等電路。第三節(jié) 礦用壓力傳感器差動變壓器壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-6。KG4003型礦井負(fù)壓傳感器就是采用該原理工作。第三節(jié) 礦用壓力傳感器2.半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器測量原理固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。利用半導(dǎo)體材料做成的壓阻式傳感器有2種類型：第三節(jié) 礦用壓力傳感器一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成的粘貼式應(yīng)變片；另一種是在半導(dǎo)體材

26、料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，稱擴(kuò)散型壓阻（又稱擴(kuò)散硅壓力）傳感器。第三節(jié) 礦用壓力傳感器壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。第三節(jié) 礦用壓力傳感器其核心部分是一塊圓形硅膜片。膜片的四周用圓硅環(huán)（硅杯）固定，其下部是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，上部一般可與大氣相通。在膜片上利用集成電路工藝方法擴(kuò)散上4個阻值相等的電阻。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。第三節(jié) 礦用壓力傳感器在被測壓力作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，將所測的電橋輸出信號經(jīng)過精密補(bǔ)償和處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流（電壓）信號輸出，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的壓力自動控制和檢測。由于壓阻式傳感器的靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性好、頻率響應(yīng)高、測量精度高、體積小

27、等特點，因此，該類型傳感器特別適用于煤礦井下風(fēng)壓的監(jiān)測。第三節(jié) 礦用壓力傳感器二、 礦用負(fù)壓傳感器的主要技術(shù)要求額定工作電壓：1224 V DC。工作電流：100 mA。測量范圍：0500 Pa。分辨率：10 Pa。精度：滿量程的2%。第四節(jié) 一氧化碳傳感器礦用一氧化碳傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井工作環(huán)境中一氧化碳濃度的裝置。我國煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)用于檢測一氧化碳的設(shè)備普遍采用的是電化學(xué)式一氧化碳傳感器。第四節(jié) 一氧化碳傳感器一、 電化學(xué)式一氧化碳傳感器的工作原理電化學(xué)式一氧化碳傳感器工作原理如圖6-8。第四節(jié) 一氧化碳傳感器其敏感元件由透氣膜、陽極、陰極及電解液等組成。當(dāng)一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過透氣膜擴(kuò)散

28、進(jìn)入陽極，在催化劑的作用下與電解溶液中水發(fā)生氧化反應(yīng)，同時放出電子。而在陰極上，氧氣透過透氣膜到達(dá)催化層，在催化劑作用下與電解溶液中的氫離子發(fā)生陰極還原反應(yīng)，此時將有反應(yīng)電流通過，電流強(qiáng)度與CO濃度成正比，據(jù)此測量CO氣體的濃度。第四節(jié) 一氧化碳傳感器1.氣體擴(kuò)散電極含有催化劑的多孔膜構(gòu)成電極。被測氣體擴(kuò)散入膜，與電解液在氣、固、液三相界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。一般情況下，電極和透氣膜是合并的。透氣膜用防水透氣的聚四氟乙烯（PTFE）膜，將活性材料涂覆在透氣膜上，熱壓成型構(gòu)成電極。第四節(jié) 一氧化碳傳感器活性層即催化層用活性粉料，如鉑黑和PTFE乳液混合，在特定條件下碾壓或噴涂，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?/p>

29、，制成既親水又疏水的膜層。由于電極中有憎水成分，電極上形成一部分不被溶液充滿的“氣孔”。第四節(jié) 一氧化碳傳感器另一方面，由于催化劑是親水的，則在大部分催化劑團(tuán)粒的外表面上形成了可進(jìn)行電極反應(yīng)的薄液層。這種多孔電極既能完成氣相傳質(zhì)過程，使氣體擴(kuò)散到達(dá)催化劑表面，又能通過“液孔”，即催化劑周圍的薄液層，與電解液連通，以利于反應(yīng)產(chǎn)物遷移和電子傳遞。第四節(jié) 一氧化碳傳感器2.透氣膜一般使用非均相的微孔膜，也稱氣隙膜，如聚四氯乙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）等。它能讓氣體直接透過氣膜，而電解液中的水和離子則不透過。由于元件一般使用酸性電解液，而且要求膜有較好的疏水性能。電極性能在很大程度上取決于

30、膜的性能。膜的質(zhì)量對敏感元件的穩(wěn)定性，特別是壽命影響很大。第四節(jié) 一氧化碳傳感器孔隙率是膜的重要技術(shù)參數(shù)。它是指膜片中孔的體積與總體積之比?？紫堵蚀笮∨c透氣率有關(guān)，用儀器測定一定壓差下單位時間內(nèi)空氣透過膜片單位面積的量來確定孔隙率。用大孔隙率膜可提高元件輸出靈敏度和提高響應(yīng)時間性能，但會使電解液外漏。第四節(jié) 一氧化碳傳感器3.電解液電解液通常用硫酸（H2SO4）或磷酸水溶液。如硫酸水溶液可電離為帶電的陽離子H+及陰離子SO2-4,成為能導(dǎo)電的離子導(dǎo)體，它與金屬電子導(dǎo)體（Pt）串聯(lián)就可構(gòu)成電池。高純硫酸溶液傳導(dǎo)質(zhì)子性能強(qiáng)、導(dǎo)電性能好，可將硫酸溶液吸收在玻璃纖維及各種高聚物襯墊物上，形成漿糊狀，就

31、不會因元件放置位置不同而影響其響應(yīng)數(shù)值。第四節(jié) 一氧化碳傳感器二、 一氧化碳傳感器的主要技術(shù)要求礦用一氧化碳電化學(xué)傳感器量程范圍有：0100 ppm、0500 ppm、0500 ppm以上等幾種；采用數(shù)字顯示，以10-6單位表示測量值，分辨率不低于1 ppm、量程為0100 ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時，傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過2 ppm一氧化碳；第四節(jié) 一氧化碳傳感器量程為0500 ppm的一氧化碳傳感器，一氧化碳濃度恒定時，傳感器顯示值或輸出信號值變化量不超過4 ppm一氧化碳。傳感器應(yīng)具有避免因斷電而影響電化學(xué)原理敏感元件工作穩(wěn)定的措施。傳感器響應(yīng)時間不大于35

32、 s。第四節(jié) 一氧化碳傳感器礦用一氧化碳傳感器的基本誤差應(yīng)滿足表6-5、表6-6、表6-7 的要求。第四節(jié) 一氧化碳傳感器第五節(jié) 礦用溫度傳感器礦用溫度傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井環(huán)境溫度高低的裝置，用于礦井環(huán)境溫度監(jiān)測的傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、半導(dǎo)體紅外熱輻射探測器、熱噪聲、光纖等類型。第五節(jié) 礦用溫度傳感器一、 礦用溫度傳感器的測量原理(一) 熱電偶、熱電阻溫度傳感器1.熱電偶溫度傳感器將兩種不同材料的金屬A和B相連接，組成一個閉合回路，構(gòu)成感溫元件。第五節(jié) 礦用溫度傳感器當(dāng)金屬A 和B 的兩個接點（冷端和熱端）之間存在溫差時，就在兩者之間產(chǎn)生電動勢，在回路中形成電流，

33、此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶溫度傳感器就是利用這一效應(yīng)進(jìn)行工作的。第五節(jié) 礦用溫度傳感器2.熱電阻溫度傳感器電阻隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。利用此效應(yīng)可制成金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻，用于溫度測量，分別稱為熱電阻溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。按電阻溫度特性的不同（由材料的溫度系數(shù)決定），熱敏電阻可分為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）2大類。第五節(jié) 礦用溫度傳感器(二) 半導(dǎo)體溫度傳感器用半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)型溫度傳感器稱為半導(dǎo)體溫度傳感器。半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器具有體積小、響應(yīng)時間快、在一定范圍內(nèi)線性度較好、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，因而在煤礦井下比較惡劣的環(huán)境條件

34、下，得到了較好的推廣應(yīng)用。第五節(jié) 礦用溫度傳感器例如，與監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的KG3004 型、KG3007 型溫度傳感器和KG9301 型溫濕度組合式傳感器等，都是采用半導(dǎo)體PN結(jié)為敏感元件的礦用溫度傳感器。第五節(jié) 礦用溫度傳感器（三） 紅外、熱噪聲及光纖溫度傳感器1.紅外測溫原理紅外測溫具有測量靈敏度高、反應(yīng)速度快、測溫范圍廣、非接觸式測溫、不影響被測介質(zhì)的溫場分布等優(yōu)點，是發(fā)展測量技術(shù)、遙感技術(shù)及空間科學(xué)的重要手段。在礦井火災(zāi)監(jiān)測與預(yù)報、設(shè)備溫升測量等方面，具有很好的應(yīng)用前景。第五節(jié) 礦用溫度傳感器2.熱噪聲測溫原理電阻體所產(chǎn)生的約翰遜噪聲與該電阻體所處熱力學(xué)溫度密切相關(guān)，熱噪聲功率與溫度呈

35、線性關(guān)系。英國已有用于煤礦井下的該類產(chǎn)品，主要用于對火災(zāi)溫度進(jìn)行監(jiān)測。第五節(jié) 礦用溫度傳感器3.光纖測溫原理接觸式光纖溫度傳感器是基于各種不同的光學(xué)現(xiàn)象或光學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)溫度測量的，如光強(qiáng)變化、干涉現(xiàn)象、折射率變化、透光率變化、熒光輻射等。半導(dǎo)體感溫元件的透射光強(qiáng)隨被測溫度的增加而減少。第五節(jié) 礦用溫度傳感器在光導(dǎo)纖維的一端輸入恒定光強(qiáng)的光源，因半導(dǎo)體的透射能力隨被測溫度的變化而改變，故在光導(dǎo)纖維的另一端接收元件所接收的光強(qiáng)，也將隨溫度的變化而變化。通過測量接收元件的輸出電壓，便可遙測傳感器所在位置的溫度。第五節(jié) 礦用溫度傳感器二、 礦用溫度傳感器的主要技術(shù)要求量程：優(yōu)選-2060 、-1070

36、、040 、0100 ?；菊`差： 顯示誤差2.5%（F.S）， 輸出誤差2.5%（F.S）。第五節(jié) 礦用溫度傳感器工作電壓：924 V DC。工作電流：200 mA DC。傳輸距離：2 km。第五節(jié) 礦用溫度傳感器輸出信號制式：電流型，直流15 mA，420 mA；頻率型，2001 000 Hz，脈沖寬度3 ms，脈沖幅度為高電平時不小于3.0 V、低電平時不小于+0.5 V；數(shù)字信號型，傳輸速率為1 200 bps、2 400 bps、4 800 bps、9 600 bps，脈沖幅度為高電平時不小于3.0 V、低電平時不小于+0.5 V。第五節(jié) 礦用溫度傳感器響應(yīng)時間：10 s。工作穩(wěn)定性

37、：15 d。絕緣電阻：傳感器本安端與外殼之間，常態(tài)下，其絕緣電阻應(yīng)不小于50 M；交變濕熱實驗后，應(yīng)不小于1.5 M。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器礦用煙霧傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井中帶式輸送機(jī)膠帶等著火時產(chǎn)生的煙霧濃度的裝置。目前，煤礦常用的離子煙霧傳感器是KG8005型煙霧傳感器。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器一、 礦用煙霧傳感器的工作原理1.光電感煙傳感器的工作原理光電感煙傳感器采用光散射原理，檢測火災(zāi)陰燃初期階段產(chǎn)生的可見煙霧粒子，當(dāng)火災(zāi)煙霧粒子濃度超限時，傳感器接收煙霧粒子散射量增加而產(chǎn)生報警，特別適用于監(jiān)測發(fā)生電氣火災(zāi)的場所。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器光電感煙傳感器整機(jī)電路框圖及工作原理如圖6-9。第六節(jié)

38、礦用煙霧傳感器主光電室的發(fā)光元件采用近紅外發(fā)光二極管，每隔3.5 s間歇性地發(fā)射近紅外光，發(fā)光持續(xù)時間為0.1 ms，通過投光透鏡、遮光子使光線成圓錐形。當(dāng)環(huán)境中無煙霧粒子時，該光線因遮光子阻擋不能直接照射到受光元件（采用近紅外光太陽電池），因此無電信號輸出，傳感器不動作；第六節(jié) 礦用煙霧傳感器當(dāng)火災(zāi)煙霧擴(kuò)散到主光電室內(nèi)的A、B、C、D圍繞的圓錐部分時，可見煙霧粒子對發(fā)光元件的光線產(chǎn)生散射光，這些散射光進(jìn)入受光元件便產(chǎn)生輸出電信號，通過受光放大電路送入積分電路和開關(guān)電路，轉(zhuǎn)變?yōu)榛馂?zāi)報警信號輸出。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器2.離子型煙霧傳感器的工作原理離子型煙霧傳感器是煤礦井下火災(zāi)早期監(jiān)測的主要裝備

39、之一。離子型煙霧傳感器的主體結(jié)構(gòu)由采樣系統(tǒng)、檢測及補(bǔ)償電離室、敏感元件、整機(jī)電路等部分組成。采樣系統(tǒng)包括：開有螺線型百葉窗式擴(kuò)散槽及對流孔的采樣罩、不銹鋼過濾網(wǎng)、集煙環(huán)、中隔板等組件。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器采樣罩和過濾網(wǎng)采用不銹鋼材料制作；中隔板為高阻燃材料，下部設(shè)有報警指示燈、自檢開關(guān)、復(fù)位按鈕及電源和信號輸出接口。整機(jī)電路設(shè)計有就地聲、光報警、信號遠(yuǎn)傳、自檢等多種功能。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器火災(zāi)發(fā)生初期,燃燒物先期釋放出大量的氣溶膠顆粒,在燃燒物四周聚集成可見煙霧后隨自然風(fēng)流沿傳感器采樣罩的螺線形百葉窗擴(kuò)散入傳感器。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器在過濾網(wǎng)的阻隔下，煙霧中粒徑較大的粉塵顆粒和雜質(zhì)沿采

40、樣罩的光滑內(nèi)表面滑落至采樣罩底部，細(xì)微的煙塵顆粒則隨螺旋上升的氣流進(jìn)入檢測電離室，與室內(nèi)的正負(fù)離子中和，在中間電極產(chǎn)生一個與被測煙霧濃度成正比的電壓變化增量。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器此增量經(jīng)傳感器電路分析、處理后轉(zhuǎn)換成就地聲、光報警信號，同時以開關(guān)量的形式送往與之相連的井下監(jiān)控分站，實現(xiàn)井下火災(zāi)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。為保證檢測可靠，防止因浮游粉塵干擾發(fā)生非火災(zāi)誤報，也必須設(shè)置傳感器的防塵機(jī)構(gòu)。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器二、 礦用煙霧傳感器的主要技術(shù)要求傳感器防爆型式為本質(zhì)安全型。傳感器在1224 V DC電壓下能正常工作。第六節(jié) 礦用煙霧傳感器當(dāng)煙霧濃度達(dá)到5% obs/m時（obs/m是減光率的表示單位

41、，用來表示煙霧濃度值的大小，是指光線被煙霧阻擋而受影響的程度，又稱遮蔽率），傳感器動作且響應(yīng)時間20 s。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器礦用風(fēng)門開關(guān)傳感器是連續(xù)監(jiān)測礦井風(fēng)門（開、關(guān)）狀態(tài)的裝置，屬于煤礦監(jiān)測系統(tǒng)中工況傳感器，安裝在井下巷道的各級風(fēng)門上，用來監(jiān)測風(fēng)門的開閉狀態(tài)。風(fēng)門傳感器按輸出信號制可分為電流制式、無極性接點制式及其他制式；按引線方式分多線制式、二線制式；按動作值可分為定值式和可調(diào)式；按顯示功能分有顯示和無顯示；按測量方式分為接觸式和非接觸式兩大類。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器一、 礦用風(fēng)門傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理風(fēng)門開關(guān)傳感器是一種磁性驅(qū)動的接近開關(guān)，它由磁鋼體件和主體兩部分構(gòu)成。將觸發(fā)器磁鋼

42、安裝在風(fēng)門上，而把組件安裝在對應(yīng)的門框上。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器當(dāng)風(fēng)門關(guān)閉時，磁體組件緊靠傳感器組件，由磁力產(chǎn)生的磁場使傳感器組件維持閉合狀態(tài)，舌簧開關(guān)輸出一閉合信號給監(jiān)測系統(tǒng)分站或向地面?zhèn)鬏斝盘柕妮d波設(shè)備，在終端顯示風(fēng)門“關(guān)”狀態(tài)。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器二、 礦用風(fēng)門傳感器的主要技術(shù)要求礦用風(fēng)門狀態(tài)傳感器的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合礦用風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器通用技術(shù)條件（MT/T 844-1999）的有關(guān)要求。（1） 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志:Exib。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器（2） 使用條件：環(huán)境溫度：-20+40 。相對濕度：95%（25 ）。大氣壓力：80106 kPa。風(fēng)速：08 m/s

43、。煤礦井下有爆炸性混合物，但無破壞絕緣的腐蝕性氣體的場合。第七節(jié) 風(fēng)門開關(guān)傳感器（3） 工作電壓：924 V DC。（4） 工作電流：55 mA。（5） 響應(yīng)時間：1 s。（6） 輸出信號最大傳輸距離：2 km。（7） 輸出信號負(fù)載阻抗不小于1 k，傳感器運(yùn)動部分與傳感器固定部分之間其動作距離誤差不應(yīng)大于10%。第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器是用于煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)中監(jiān)測風(fēng)筒狀態(tài)的裝置。當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或風(fēng)筒漏風(fēng)造成風(fēng)量不足時，輸出風(fēng)量不足信號。當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)正常工作，并且風(fēng)筒沒有漏風(fēng)，風(fēng)量滿足要求時，輸出風(fēng)量足信號。風(fēng)筒傳感器是開關(guān)量傳感器，輸出風(fēng)量足和不足兩種狀態(tài)，是甲烷風(fēng)電

44、閉鎖裝置和礦井監(jiān)控系統(tǒng)的重要傳感器之一。第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器一、 礦用風(fēng)筒傳感器的工作原理現(xiàn)以GFK（A）型礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器為例介紹其工作原理。傳感器采用簡單可靠的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。當(dāng)被監(jiān)測的風(fēng)筒處于正常工作狀態(tài)或風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)量大于設(shè)定值，風(fēng)筒開關(guān)傳感器的機(jī)械觸點接通，說明局部通風(fēng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)，即風(fēng)筒中無風(fēng)流或風(fēng)筒中風(fēng)量小于控制設(shè)定值時，風(fēng)筒開關(guān)傳感器的機(jī)械觸點斷開，表明局部通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)已停機(jī)或工作不正常。傳感器的接通與斷開情況，通過與其配接的設(shè)備反映出來，完成對局部通風(fēng)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器二、 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器的主要技術(shù)

45、要求測量范圍：（3001 000） mm的風(fēng)筒。測量精度：測量點的5。 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志：Exib。接點容量：DC 18 V/0.5 A。第八節(jié) 礦用風(fēng)筒開關(guān)傳感器輸出型式：機(jī)械式觸點輸出。功能要求：當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)量充足時，觸點閉合；當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)量不足或風(fēng)機(jī)停開時，觸點斷開。傳輸距離：最大傳輸距離2 km。第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器主要用于監(jiān)測煤礦井下各種機(jī)電設(shè)備（如采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升機(jī)、帶式輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泵站等）的開停狀態(tài)，并把監(jiān)測到的設(shè)備開停信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的信號傳輸給礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦主要機(jī)電設(shè)備的集中自動監(jiān)測，隨時全面了解全礦的機(jī)電設(shè)備的

46、運(yùn)行狀況。機(jī)電設(shè)備開停傳感器分為輔助觸點型和電磁感應(yīng)型2種。第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器一、 設(shè)備開停傳感器的工作原理1.輔助觸點型開停傳感器的工作原理輔助觸點型設(shè)備開停傳感器是利用機(jī)電設(shè)備的接觸器或中間繼電器的輔助觸點，由其閉合狀態(tài)來反映機(jī)電設(shè)備開停狀態(tài)的，所用的輔助觸點可以是常開的也可以是常閉的，第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器其工作原理如圖6-10所示。使用觸點型設(shè)備應(yīng)注意本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路的隔離。第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器2.電磁感應(yīng)型開停傳感器的工作原理電磁感應(yīng)型開停傳感器是通過測量向機(jī)電設(shè)備供電的電纜周圍有無電磁場存在，來間接地監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)。其工作原理是向機(jī)電設(shè)

47、備供電的三芯電纜中的三相電流有對稱和不對稱之分，但無論對稱與否，在電纜外皮上總可以找到一個與三芯電線不等距的點，該點的磁場強(qiáng)度以靠近該點的芯線起主導(dǎo)作用，第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器如圖6-11所示。第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器傳感器中的檢測線圈測得微弱電磁感應(yīng)信號，供電電流越大，該感應(yīng)信號就越強(qiáng)。感應(yīng)出的信號再經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換就可得到反應(yīng)機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)的電信號。第九節(jié) 礦用機(jī)電設(shè)備開停傳感器二、 開停傳感器的主要技術(shù)要求供電電源：本安型15 V DC。最大工作電流：30 mA。輸出信號恒流：5 mA(“+”為開，“-”為停)。防爆標(biāo)志：Exib。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器饋電狀態(tài)傳感器是連續(xù)

48、監(jiān)測礦井中饋電開關(guān)或電磁啟動器負(fù)荷側(cè)有無電壓的裝置。礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)必須具有斷電狀態(tài)和饋電狀態(tài)監(jiān)測功能，對被控設(shè)備的饋電狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測是防止人為取消系統(tǒng)斷電功能，保證安全生產(chǎn)的重要措施之一。該類傳感器主要用于監(jiān)測電纜芯線是否帶電，并同時輸出相應(yīng)的狀態(tài)信號供監(jiān)測系統(tǒng)采集處理。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器與負(fù)載是否工作，電纜有無電流流過無關(guān)。使用時將傳感器直接卡在控制被控設(shè)備的真空開關(guān)或磁力啟動器的負(fù)荷側(cè)電纜上；將饋電狀態(tài)傳感器的輸出接至分站的開關(guān)量輸入口。饋電狀態(tài)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、靈敏度高、易于維護(hù)、更換方便等優(yōu)點。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器一、 饋電狀態(tài)傳感器的分類饋電狀態(tài)傳感

49、器可分為直接接觸式和間接非接觸式檢測饋電狀態(tài)2類。直接式是指在電氣上與負(fù)荷設(shè)備直接聯(lián)系，從供電網(wǎng)絡(luò)上直接獲取信號，如用電壓互感器、電流互感器檢測有無信號輸出等。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器間接式是指在電氣上與負(fù)荷設(shè)備不發(fā)生直接聯(lián)系，如電磁感應(yīng)原理、霍爾原理、測溫原理、測磁原理、光電原理、接近（電感）原理等。直接接觸式又可根據(jù)檢測饋電狀態(tài)的工作原理分為電壓互感器電壓傳感器等。間接非接觸式又可以根據(jù)檢測饋電狀態(tài)的工作原理分為光纖電壓傳感器、電磁感應(yīng)電壓傳感器、霍耳電壓傳感器、電容原理電壓傳感器等。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器二、 饋電傳感器的工作原理目前，饋電傳感器多采用電壓變換原理與光電原理相結(jié)合的方式，將

50、模擬量電壓信號變換為本質(zhì)安全型開關(guān)信號。如D1、KDD2、KDG3、KGT19、GKT等型號的饋電斷電器中的饋電狀態(tài)傳感器均是采用這種工作原理。第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器三、 饋電傳感器的主要技術(shù)要求饋電傳感器的主要技術(shù)參數(shù)包括監(jiān)測電壓、工作電壓、工作電流、靈敏度、信號輸出方式、響應(yīng)速度、防爆類型、使用環(huán)境、接線距離等參數(shù)。各種型號的傳感器技術(shù)參數(shù)有所不同，但應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，ZZ6-KJT19饋電狀態(tài)傳感器主要技術(shù)參數(shù)為：第十節(jié) 饋電狀態(tài)傳感器監(jiān)測電壓： 1271 140 V。工作電壓： 624 V。工作電流：無電1 mA/有電6 mA。信號輸出：NPN晶體管共地導(dǎo)通。響應(yīng)速度：2 s

51、。防爆型式：本質(zhì)安全型ib(150 )。傳感器接線距離：二線制2 km、三線制1.5 km。第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳感器一、 瓦斯抽采流量傳感器及分類瓦斯抽采監(jiān)測中主要對管道工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行計量。通常需要監(jiān)測的量包括管道流量、甲烷濃度、負(fù)壓、溫度、一氧化碳等。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗^低、負(fù)壓波動較大時，監(jiān)測設(shè)備發(fā)出報警。第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳感器目前，煤礦用的較普遍的流量測量裝置有孔板、渦街、旋進(jìn)漩渦、均速管、皮托管、V形錐流量計等。由于抽采管道內(nèi)濕度大、固體雜質(zhì)多、壓力小、流量變化范圍寬、流速下限低、輸送環(huán)境局限性大，因此，對瓦斯抽采流量傳感器提出了更高的要求。第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳感器對流量傳感器的基本要求是：無可轉(zhuǎn)動部件，測量量程比寬，不易堵塞、磨損，能夠檢測低速介質(zhì)，能夠測量多項流，能夠檢測低壓力介質(zhì)。第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳感器二、 V形錐流量傳感器1.V形錐流量傳感器的組成V形錐流量傳感器自帶有差壓傳感器、壓力傳感器，有鉑熱電阻溫度傳感器接口。內(nèi)裝多功能微處理器，用微處理器將差壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量計算顯示有機(jī)地結(jié)合在一起。第十一節(jié) 瓦斯抽采流量傳