煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)(02)-礦用傳感器(03)說課材料

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)(02)-礦用傳感器(03)一、溫度傳感原理1、熱電偶測(cè)溫?zé)犭娦?yīng)

將兩種不同材料的金屬A和B焊接組成一個(gè)閉合回路，即構(gòu)成感溫元件（熱電偶）。當(dāng)其兩個(gè)接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，則在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（熱電勢(shì)）。熱電偶的熱端與冷端

熱電偶回路有兩個(gè)連接點(diǎn)，其中與被測(cè)介質(zhì)接觸的一端稱為熱端（工作端），另一端則稱為冷端（參比端）。熱電偶和熱電勢(shì)

一、溫度傳感原理1、熱電偶測(cè)溫?zé)犭妱?shì)

由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。熱電偶和熱電勢(shì)

接觸電勢(shì)：

溫差電勢(shì)：

熱電偶回路總電勢(shì)K－波爾茲曼常數(shù)；e－單位電荷量；NAT－電子密度1、熱電偶測(cè)溫均質(zhì)導(dǎo)體定律

由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電勢(shì)的大小只與熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，而與熱電偶的長短、粗細(xì)、形狀及沿電極的溫度分布無關(guān)。否則，產(chǎn)生溫度梯度附加電動(dòng)勢(shì)。①如果組成熱電偶的兩種材料性質(zhì)相同，即NA=NB，則無論兩接點(diǎn)溫度如何，回路內(nèi)總熱電勢(shì)為零。②如果兩接點(diǎn)處溫度相同，即T=T0，則盡管兩種導(dǎo)體材料性質(zhì)不同，回路總電勢(shì)也必然為零。③因熱電勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系f(T)AB復(fù)雜難求，故在工程應(yīng)用中常用實(shí)驗(yàn)的方法制作熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系表，以備查用。1、熱電偶測(cè)溫中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要該導(dǎo)體的兩端溫度相同，則其對(duì)熱電偶回路熱電勢(shì)的大小和方向不產(chǎn)生影響。中間溫度定律

Tn為熱電偶熱電極AB上某點(diǎn)的溫度，則熱電偶在其接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(T,T0)等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(T,Tn)和eAB(Tn,T0)的代數(shù)和。即：1、熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂芒偈褂脽犭娕紩r(shí)，只需考慮兩端溫度值，而不必顧及其中間段的溫度。②為穩(wěn)定冷端溫度，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線將貴金屬熱電偶的冷端延伸至溫度穩(wěn)定處。但補(bǔ)償導(dǎo)線a、b在Tn到T0的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)分別與貴金屬A、B具有相同的熱電特性。1、熱電偶測(cè)溫常用熱電偶熱電偶分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)適用溫度正極負(fù)極S（鉑銠10－鉑）SPC（銅）紅SNC（銅鎳）綠0～1100℃B（鉑銠30－鉑銠6）600～1700℃T（銅－銅鎳）TPX（銅）紅TNX（銅鎳）白-40～350℃J（鐵－銅鎳）JPX（鐵）紅JNX（銅鎳）紫-40～750℃E（鎳鉻－銅鎳）EPX（鎳鉻）紅ENX（銅鎳）棕-40～900℃K（鎳鉻－鎳硅）KPX（鎳鉻）紅KNX（鎳硅）黑-40～1200℃KPC（銅）紅KNC（銅鎳）藍(lán)1、熱電偶測(cè)溫1、熱電偶測(cè)溫2、熱電阻測(cè)溫?zé)犭娮栊?yīng)金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。3、半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫基本原理半導(dǎo)體PN結(jié)（二極管）在一定偏置電流的情況下，其正向壓降隨著溫度的變化而變化，且基本呈線性關(guān)系。半導(dǎo)體溫度傳感器溫敏二極管、溫敏三極管和集成溫度傳感器等，測(cè)溫范圍一般在-50℃～+150℃之間。

溫敏二極管大都選用硅及砷化鎵材料制作，其電壓--溫度特性的線性度比鍺管好。3、半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫溫敏三極管：集電極電流恒定時(shí)，其發(fā)射結(jié)正向電壓--溫度特性3、半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫集成溫度傳感器：差分對(duì)管溫度敏感元件3、半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫集成溫度傳感器的輸出類型電壓輸出型如LX5600、LM3911、SC616A溫度系數(shù)為：10mV/℃電流輸出型

AD590、LM134、SL334溫度系數(shù)為：1μA/℃集成溫度控制器可由用戶設(shè)定溫度限值，當(dāng)被控溫度超限時(shí)可輸出邏輯控制信號(hào)，有的也同時(shí)輸出溫度測(cè)量值。如TC620、DS1620等。4、紅外測(cè)溫原理熱輻射任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)不斷產(chǎn)生熱輻射，且溫度T越高，輻射功率P就越大。

ε--比輻射率，絕對(duì)黑體為1.0，非絕對(duì)黑體為0<ε<1.0；

σ--斯蒂潘--波爾茲曼常數(shù)，5.6697×1012W/cm2K4；

T--物體的熱力學(xué)溫度。紅外熱輻射物體輻射波長的峰值λm與溫度T成反比：當(dāng)溫度低于1000℃時(shí)，物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的，且物體的溫度越高，輻射出的紅外線就越多，輻射出的能量也越強(qiáng)。紅外測(cè)溫就是通過檢測(cè)物體在紅外波段的輻射通量來進(jìn)行溫度測(cè)量的。4、紅外測(cè)溫原理紅外線紅外線是一種不可見光，波長大致為0.76～1000μm。紅外探測(cè)器通常工作在大氣窗口內(nèi)，即2～2.6μm、3～5μm或8～14μm三個(gè)波段范圍。紅外測(cè)溫檢測(cè)元件

熱敏電阻、光敏電阻、熱釋電體等。二、GW50(A)溫度傳感器檢測(cè)原理溫度→鉑熱電阻電橋→電壓→A/D→單片機(jī)技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0℃～50℃；基本誤差：±2；工作電壓：12～24VDC（本安電源）；工作電流：<80mADC信號(hào)輸出：頻率型200～1000Hz；電流型1～5mA；傳輸距離：≤2km顯示方式：四位紅色數(shù)碼管，左第一位為功能位：1－調(diào)零，2－調(diào)精度，3－自檢；后三位為測(cè)量值℃。安全特征：防爆標(biāo)志ExibdΙ（+150℃）使用環(huán)境：

0℃～40℃；相對(duì)濕度≤95％；大氣壓力80～106kPa；風(fēng)速0～8m/s；二、GW50(A)溫度傳感器連接將來自分站的專用電纜航空插頭按對(duì)應(yīng)位置插入傳感器上的航空插座，并旋緊固定。電纜航空插頭的接線為：1號(hào)口——電源正極，紅色線；2號(hào)口——電源、信號(hào)負(fù)極，藍(lán)色線；

3號(hào)口——恒流或頻率信號(hào)輸出，白色線；4號(hào)口——綠色線（未用）。二、GW50(A)溫度傳感器調(diào)校①零點(diǎn)調(diào)節(jié)：使傳感器通電工作20分鐘，將測(cè)溫頭放入冰水混合物中。打開機(jī)殼后蓋，按動(dòng)選擇鍵使小數(shù)碼管顯示為“1”。然后調(diào)節(jié)P1電位器，使大數(shù)碼管顯示為0.00，即調(diào)零完畢。②精度調(diào)節(jié)：按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“2”，再按“▲”或“▼”使大數(shù)碼管顯示數(shù)值與實(shí)際溫度值一致。③自檢：按遙控器上“選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“3”，此時(shí)傳感器應(yīng)顯示30.0，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為680Hz（或3.4mA）。儀器零點(diǎn)、精度要定期調(diào)校，一般一月一次?！?.6風(fēng)速傳感器風(fēng)速測(cè)量方法1.翼輪式風(fēng)表

機(jī)械翼輪式、電子翼輪式2.皮托管--壓差計(jì)3.超聲波風(fēng)速儀

渦旋式

時(shí)差式4.熱效式風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器卡曼渦街無限界流場中，流體流經(jīng)非流線性阻力體時(shí)，在阻力體下方形成兩列內(nèi)旋、互相交替的渦旋。馮·卡曼數(shù)學(xué)推導(dǎo)了渦旋結(jié)構(gòu)及能量損失。渦旋頻率與流體平均速度之間的關(guān)系：S—斯脫哈爾常數(shù)；v—未擾動(dòng)流體速度；d—渦旋阻力體寬度一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器斯脫哈爾常數(shù)與阻力體形狀和擾動(dòng)體雷諾數(shù)有關(guān)。擾動(dòng)體雷諾數(shù)：Re=ρVd/μ:當(dāng)Re<5時(shí)，流體流經(jīng)阻力體時(shí)不分離；當(dāng)5≤Re<40時(shí)，緊貼圓柱體，產(chǎn)生一對(duì)漩渦；當(dāng)Re>>40時(shí)，形成渦街。僅在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，斯脫哈爾數(shù)為恒定值。流速低于某一閾值時(shí)，不能形成渦旋。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器渦旋風(fēng)速傳感器的結(jié)構(gòu)渦旋發(fā)生桿；振蕩器；發(fā)射換能器；接收換能器；電源；放大、解調(diào)、濾波、輸出等處理電路。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器工作原理發(fā)射換能器：發(fā)射連續(xù)等幅超聲波束；渦旋發(fā)生桿：產(chǎn)生渦旋；渦旋：調(diào)制超聲波束，形成調(diào)幅波，其頻率為渦旋頻率；接收換能器：接收調(diào)幅超聲波束，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；放大、解調(diào)、濾波等：檢出渦旋個(gè)數(shù)；一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器技術(shù)要求1.超聲波換能器振蕩頻率必須高于渦旋頻率兩個(gè)數(shù)量級(jí)，一般為140～150kHz；2.發(fā)射與接收換能器軸線至渦旋發(fā)生桿的距離H為發(fā)生桿直徑的6倍時(shí)，測(cè)速范圍內(nèi)線性最好；3.為測(cè)量低風(fēng)速，應(yīng)增加渦旋發(fā)生桿尺寸或提高超聲波換能器的靈敏度。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器技術(shù)特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：（1）無運(yùn)動(dòng)部件，適于連續(xù)運(yùn)行，壽命長；（2）線性輸出范圍寬，原理上無零漂，精度高；（3）響應(yīng)速度快；2.缺點(diǎn)：由于風(fēng)速不均勻，固定點(diǎn)的風(fēng)速不一定等于斷面的平均風(fēng)速，代表性較差。二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器基本原理通過測(cè)定超聲波順風(fēng)流和逆風(fēng)流傳播一段距離的時(shí)間差來測(cè)定風(fēng)速。二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器基本原理通過測(cè)定超聲波順風(fēng)流和逆風(fēng)流傳播一段距離的時(shí)間差來測(cè)定風(fēng)速。三、KGF15(原CW-1)型風(fēng)速傳感器技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0.3～15m/s基本誤差：≤±0.3m/s工作電壓：9～24VDC工作電流：≤70mADC顯示方式：就地顯示3位LED輸出信號(hào)：1～5mADC、200～1000Hz防爆型式：ExibⅠ三、KGF15(原CW-1)型風(fēng)速傳感器調(diào)校方法1.首先測(cè)出安設(shè)地點(diǎn)巷道斷面平均風(fēng)速值；2.安設(shè)風(fēng)速傳感器，風(fēng)流方向與傳感器的風(fēng)流指向偏差不大于5度；3.連線開機(jī)預(yù)熱后，按遙控器選擇鍵使小數(shù)碼顯示為“2”；4.按遙控器上升或下降鍵使傳感器顯示值與斷面平均風(fēng)速值相等。5.檢測(cè)傳感器輸出是否正常：按遙控器選擇鍵使小數(shù)碼顯示為“3”，此時(shí)的顯示若為3－－.－則正常。

三、GLW100型管道流量傳感器工作原理1.被測(cè)流體介質(zhì)以平均流速為v，流過迎面寬度為d的三角柱旋渦發(fā)生體時(shí)，產(chǎn)生卡曼渦街；2.在旋渦發(fā)生體中裝有檢測(cè)到渦旋頻率的探頭，通過相關(guān)電路處理成電信號(hào)輸送給傳感器；3.經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成傳感器就地顯示，同時(shí)輸出頻率信號(hào)至分站。三、GLW100型管道流量傳感器主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：8～100m3/min(標(biāo)況流量)基本測(cè)量誤差：≤2.5%F.S信號(hào)輸出：200Hz～1000Hz線性對(duì)應(yīng)0.00～100m3/min(標(biāo)況流量)介質(zhì)壓力：≤2.5MPa三、GLW100型管道流量傳感器安裝要求1.水平或垂直裝在與其公稱通徑相應(yīng)的管道上；2.傳感頭上、下游應(yīng)配一定長度的直管道；3.必