6任务六瓦斯传感器及其设置与校正

任务六瓦斯传感器及其设置与校正【主要内容】一、瓦斯传感器的分类和工作原理二、瓦斯传感器的设置位置三、煤矿安全监控系统简介四、实训与操作-瓦斯传感器的测试一、瓦斯传感器的分类和工作原理瓦斯传感器又称甲烷传感器，是矿井最常用的传感器之一，是煤矿安全监控系统中最重要且必须配备的检测设备。主要用于监测煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，它可以连续自动地将井下瓦斯浓度转换成标准电信号并输送给关联设备，并具有即时显示瓦斯浓度值，超限声光报警等功能。瓦斯传感器按其监测浓度范围可分低浓度、高浓度、高低浓度组合和全量程4种。目前矿用传感器多为低浓度，如CJC4型煤矿用低浓度瓦斯传感器如图1-6-1所示。瓦斯传感器按其工作原理可分为热催化式和热导式等，催化燃烧式主要用于低浓度甲烷的监测，热导式主要用于高浓度甲烷的监测。(一)热催化式瓦斯传感器热催化式瓦斯传感器的工作原理是：传感元件(含敏感元件，以下同)表面的瓦斯(或可燃性气体)在催化剂的催化作用下，发生无焰燃烧、放出热量，使传感元件温度上升，测量元件可随自身温度的变图1-6-1低浓度瓦斯传感器化量测出瓦斯气体浓度。在矿井安全监测监控系统装置中测量低浓度的瓦斯传感器主要采用载体催化元件。载体催化元件一般由一个带催化剂的传感元件(俗称黑元件)和一个不带催化剂的补偿元件(俗称白元件)组成，如图1-6-2所示。白元件与黑元件的结构尺寸完全相同，而白元件表面没有催化剂，仅起环境温度补偿作用。图1-6-2载体催化元件结构(a)带催化剂的传感元件(俗称黑元件)；(b)不带催化剂的补偿元件(俗称白元件)（1）黑元件：由铂丝线圈AlO载体和表面的催化剂组成，如图1-6-2(a)所示。其中铂23丝线圈用来给元件加温，提供甲烷催化燃烧所需要的温度，使瓦斯气体燃烧放出的热量使其温度上升、电阻值变化；A1O载体用来固定铂丝线圈，增强元件的机械强度；涂在元件表23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。（2）白元件：表面没有催化剂，甲烷不会在白元件表面燃烧。白元件铂丝圈的电阻变化仅与环境温度有关，因而主要用于克服环境温度变化时对甲烷浓度测量的影响如图1-6-2(b)。载体催化元件构成瓦斯传感器检测电桥电路，如图所示：由于黑元件与白元1-6-3R1件处于电桥的同一侧，当通过电流相等不考虑电压测量电路的漏电流时，瓦斯可燃性R2()(气体在新鲜空气中的浓度为零，其电阻值相等＝不考虑由于制造过程中的结构差异。)R1R2()此时，电桥处于平衡状态，输出电压＝UAB0。若环境温度发生变化或通过黑白元件的电流发生变化时，由于白元件对环境温度变化的补偿作用，变化后的黑白元件电阻仍相等，电桥电路不会失去平衡。当检测空气中的瓦斯浓度不为零时，吸附在黑元件表面的甲烷催化燃烧在(CH4浓度小于9．5％的情况下，燃烧放出的热量与甲烷浓度成正比)，黑元件温度上升，铂丝电阻也随之增大△。此时，检测电R1桥电路失去平衡状态≠，≠，并(R1R2UAB0)通过测量转换显示出所测定的甲烷浓图1-6-3催化元件检测度。(二)热导式瓦斯传感器热导式瓦斯传感器是利用被测气体与纯净空气的热导率差异，以及混合气体热导率与浓度的关系，把瓦斯气体浓度变化量转变为相应电信号，从而检测出被测气体的甲烷浓度。图1-6-4气体热导式元件及检测电路(a)热导元件结构；(b)检测电桥电路其测量电路如图1-6-4所示。检测电桥电路由测量元件、补偿元件及固定电阻、共同构成。测量元件置R1R2R3R4于被测气体连通的气室中，补偿元件置于密封的空气室中，但测量元件与补偿元件结构、形状、电参数完全相同。当气室通入新鲜空气时，＝，电桥处于平衡状态，输出电压R1R2UAB＝0；当气室通入甲烷空气混合气体时，由于甲烷空气混合气体的热导率大于新鲜空气的热导率，测量元件传导出的热量大于补偿元件，电桥失去平衡，输出电信号测量出RlR2CH4浓度值。热导式瓦斯传感器是利用甲烷气体的热导率大于新鲜空气的热导率，测量元件传导出热量，致使电桥失去平衡，测定出被测气体的浓度。则空气中瓦斯浓度微量变化时，CH4很难通过瓦斯空气混合物热导率的变化测得。因此，热导式瓦斯传感器主要用于测定高浓度瓦斯，如瓦斯抽放管道中浓度的测定和高瓦斯工作面浓度的测定等。风电瓦斯闭CH4CH4锁装置中，把热导元件和载体催化元件合用，构成高低浓度瓦斯传感器，以保护催化元件免受高浓度瓦斯冲击。(三)瓦斯闭锁装置1．组成瓦斯闭锁装置是指煤与瓦斯突出和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面中设置的甲烷断电仪。其主要由甲烷传感器和甲烷断电仪(含电源)等组成。（1）传感器甲烷传感器将被测甲烷浓度转换成电信号输出，送至断电器，并具有显示和声光报警等功能。（2）瓦斯断电仪瓦斯断电仪接收传感器送来的电信号，与预置的断电和复电CH4浓度比较后，控制被控开关断电或送电；同时，将交流电网的交流电能转换成本质安全型防爆直流电源向甲烷传感器供电。为保证电网停电后甲烷断电仪正常工作，配备有不小于2h的蓄电池。2．监控工作原理主机接收瓦斯传感器和风筒传感器送来的电信号，与预置的断电和复电浓度比较，当甲烷浓度达到或超过断电浓度时，切断被控区域全部非本质安全型电气设备电源并闭锁；当瓦斯浓度低于复电浓度时，可向被控区域供电。主机同时具有将交流电网的交流电能转换成本质安全型防爆直流电源的功能，并向传感器供电，其备用蓄电池供电不小于图1-6-5低瓦斯矿井采煤工作面瓦斯传感器的设置2h。S—设置在工作面回风流中的瓦斯传感器二、瓦斯传感器的设置位置1井下安装布置瓦斯传感器时，应根据瓦斯密度小于空气密度的性质，垂直悬挂在巷道顶板（顶梁）下，距顶板（顶梁）不大于300mm，距巷道侧壁不小于200mm；在有风筒的巷道中，严禁挂在风筒出口和风筒漏风处。一般要求瓦斯传感器布置在巷道顶板坚固、无淋水、安装维护方便处，传感器设置的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围符合《规程》规定。（一）采煤工作面瓦斯传感器的设置位置采煤工作面是矿井瓦斯来源的主要区域，为能及时监测采煤工作面变化情况，必须根据瓦斯矿井安全管理规定设置传感器，进行采煤工作面瓦斯安全监测。1.低瓦斯矿井采煤工作面的瓦斯传感器应尽量靠近工作面设置，如图图1-6-6高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯传感器的设置1-6-5所示。其报警浓度为1.0%CH；4S、S—设置在工作面回风流中的瓦斯传感器断电浓度为1.5%CH；复电浓度为1.0%124CH，断电范围为工作面及回风巷中全部4非本质安全型电气设备。2.高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯传感器的设置，如图1-6-6所示。其中S、S报警浓度12均为1.0%CH；S断电浓度为1.5%CH，S断电浓度为为1.0%CH；S、S复电浓度均为为41424121.0%CH，断电范围S、S均为工作面及回风巷中全部非本质安全型电气设备。4123.煤与瓦斯突出矿井采煤工作面瓦斯传感器的设置，如图1-6-7所示。断电范围为进风巷、工作面和回风巷内的全部非本质安全型电气设备。若工作面瓦斯传感器不能控制进风巷内全部非本质型安全电气设备，则必须在进风巷布置瓦斯传感器。其中S、1S报警浓度均为1.0%CH；S断电浓度241为1.5%CH，S断电浓度为为1.0%CH4，42S、S复电浓度均为为1.0%CH；S断1243电浓度为0.5%CH，S复电浓度为0.5%43CH，断电范围S为工作面及进回风巷内43全部非本质安全型电气设备。图1-6-7煤与瓦斯突出矿井采煤工作面传感器设置需要注意的是：（1）采煤工作面采S–回采工作面风流中的瓦斯传感器用串联通风时，被串联工作面的进风巷1S–回采工作面回风流中的瓦斯传感器必须设置瓦斯传感器。其报警浓度和断2S–回采工作面进风流中的瓦斯传感器电浓度为0.5%，复电浓度为0.5%，断3电范围为被串采煤工作面及其进回风巷内全部非本质安全型电气设备。（2）装有矿井安全监控系统的采煤工作面，符合条件且经批准，回风巷风流中瓦斯浓度提高到1.5%时，回风巷（回风流）瓦斯传感器的报警浓度和断电浓度均为1.5%，复电浓度为1.5%。（3）采煤工作面的采煤机应设置机载式瓦斯断电仪或便携式瓦斯检测报警器。其报警浓度大为1.0%，断电浓度为1.5%，复电浓度为1.0%，断电范围为采煤机电源。图1-6-8掘进工作面传感器设置图1-6-9串联风掘进工作面传感器设置S-掘进工作面风流中的瓦斯传感器S–被串联工作面风流中的瓦斯传感器13S-掘进工作面回风流中的瓦斯传感器2F-局部通风机（二）掘进工作面瓦斯传感器的设置位置1．高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面瓦斯传感器按图1-6-8所示的设置。其中S和S报警浓度均为1.0%；断电浓度S为1.5%，121S为1.0%；复电浓度S和S均为1.0%；断电范围S和S均为掘进巷道内全部非本质安全21212型电气设备。低瓦斯矿井的掘进工作面可以不设S。22.掘进工作面与掘进工作面串联通风时，被串掘进工作面增加瓦斯传感器S，如图1-6-93所示设置。其S报警浓度和断电浓度0.5%；复电浓度为0.5%；断电范围为被串掘进巷道内3全部非本质安全型电气设备。掘进工作面的掘进机应设置机载式瓦斯断电仪或便携式瓦斯检侧报警器。其报警浓度1.0%，断电浓度为1.5%，复电浓度为1.0%，断电范围为掘进机电源。三、煤矿安全监测系统简介国务院颁布的《关于进一步加强企业 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 工作的通知》(国发[2010]23号）和国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局颁布的《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统"的通知》要求：全国煤矿要安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备。其中要求建设完善矿井监测监控系统，充分发挥其安全避险的预警作用。煤矿安全监测系统由监测传感器、井下分站、信息传输系统和地面中心站（主站）等四部分组成。如图1-6-10所示。1.监测传感器：传感器是安全监测系统的感知部分，用来测量系统所需测量的量或判断设备、设施的状态部件。煤矿生产中常见的传感器有：瓦斯、一氧化碳、氧气、温度、风速、压力、压差、烟雾及各种状态（开关）传感器。2.井下分站：井下分站负责收集传感器传出的信号并进行处理，把监测参数传给中心站、接受中心站的控制命令、控制所并联的设备、设施。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理能力。图1-6-10煤矿安全监控系统的组成3.信息传输系统：该系统是指井下分站和中心站的连接部分，直接影响信息传输质量和投资费用。传输接口还具有控制分站的发送与接收、多路复用信号的调制与解调、系统自检等功能。4.中心站：中心站是监测系统的核心部分，由电子计算机处理各种数据、发送有关控制命令，实现遥测遥控。包括接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、联网等。主机一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。监测系统的监测内容有三个方面：即矿井空气成分的监测、矿井空气物理状态的监测、通风设备和设施运行状况的监测。四、实训与操作-瓦斯传感器的测试煤矿安全课程实习期间，分组进行瓦斯传感器的测试。安全监控仪器设备必须定期调试校正，每月至少1次。在设备验收时、安装前也必须进行调试校正。由于瓦斯传感器的载体催化元件的稳定性≥7天。因而采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等，每隔7天必须使用校准气样和空气样，按产品使用说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 的要求调校1次。催化燃烧式瓦斯传感器的测试与调校包括地面实验室测试和井下测试。【思考与 练习 飞向蓝天的恐龙练习非连续性文本练习把字句和被字句的转换练习呼风唤雨的世纪练习呼风唤雨的世纪课后练习 】1.瓦斯传感器的分类有哪些？2.简述催化燃烧式瓦斯传感器的工作原理。3.简述煤与瓦斯突出矿井采煤工作面瓦斯传感器的设置位置及报警断电浓度。4.简述掘进工作面瓦斯传感器的设置位置及报警断电浓度。5.简述煤矿安全监测系统的组成。