矿用传感器教案资料.ppt

矿用传感器第二节矿用传感器种类第二节矿用传感器种类n n低浓度甲烷传感器低浓度甲烷传感器低浓度甲烷传感器低浓度甲烷传感器 n n高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高低浓度甲烷传感器 n n 超声波漩涡式风速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超声波漩涡式风速传感器 n n一氧化碳传感器一氧化碳传感器一氧化碳传感器一氧化碳传感器 n n液位传感器液位传感器液位传感器液位传感器 n n温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 n n风流压力传感器风流压力传感器风流压力传感器风流压力传感器 n n管道用流量传感器管道用流量传感器管道用流量传感器管道用流量传感器 n n开停传感器开停传感器开停传感器开停传感器 n n总线式开停传感器总线式开停传感器总线式开停传感器总线式开停传感器 n n风门开闭传感器风门开闭传感器风门开闭传感器风门开闭传感器 n n烟雾传感器烟雾传感器烟雾传感器烟雾传感器 n n粉尘浓度传感器粉尘浓度传感器粉尘浓度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第三节低浓度甲烷传感器的工作原理n n甲烷浓度检测电桥甲烷浓度检测电桥甲烷浓度检测电桥甲烷浓度检测电桥 n n工作原理工作原理工作原理工作原理 若若A A、B B两点的电位相等，通过两点的电位相等，通过R1R1和和R2R2的电的电流为流为 I I1 1，通过，通过R3R3和和R4R4的电流为的电流为I I2 2，所以，所以:n nI I I I1 1 1 1R R R R1 1 1 1=I=I=I=I2 2 2 2R R R R3 3 3 3 n nI I I I1 1 1 1R R R R2 2 2 2=I=I=I=I2 2 2 2R R R R4 4 4 4两式相除，得到：两式相除，得到：R R R R1 1 1 1=R=R=R=R2 2 2 2（R R R R3 3 3 3/R/R/R/R4 4 4 4）A A、B B两点的电位差为：两点的电位差为：U U U UABABABAB（RRRR1 1 1 1/4R/4R/4R/4R）EEEE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：R1R1R1R1(DCQ/h)R(DCQ/h)R(DCQ/h)R(DCQ/h)R0 0 0 0 （燃烧热方程）（燃烧热方程）方程中为常数的：方程中为常数的：方程中为常数的：方程中为常数的：R R0 0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:3.948510-3/3.948510-3/D D为甲烷扩散系数；为甲烷扩散系数；Q Q为甲烷分子燃烧热；为甲烷分子燃烧热；h h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：方程中为变量的：方程中为变量的：C C C C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 传感器数码管显示说明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1.0CH4-3.0CH4，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。调校步骤调校步骤调校步骤调校步骤(一一一一)调校步骤调校步骤调校步骤调校步骤(二二二二)调校步骤调校步骤调校步骤调校步骤(三三三三)调校步骤调校步骤调校步骤调校步骤(四四四四)安装位置安装位置 n n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300mm300mm，距巷道侧，距巷道侧壁不得小于壁不得小于200mm200mm，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。n n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 1029AQ 1029煤矿安全监煤矿安全监煤矿安全监煤矿安全监控系统控系统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6.36.36.156.15条条的相关规定。的相关规定。n n 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 1029AQ 1029煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统及及及及检测仪器使用管理规范检测仪器使用管理规范检测仪器使用管理规范检测仪器使用管理规范第第6.26.2条条表表1 1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 典型故障处理典型故障处理 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。自检时传感器显示自检时传感器显示2.AA2.AA或或2.bb2.bb 自检时，如传感器出现显示自检时，如传感器出现显示2.AA2.AA或或2.bb2.bb符号，说明传感器的测量桥路零点偏移过大，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：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选择键，使传感器显示窗内的小数码管显示为为“1”“1”，再用螺丝刀调节电路板上的电位器，再用螺丝刀调节电路板上的电位器P1P1，使传感器数字显示为零。，使传感器数字显示为零。报警时有光无声或声音嘶哑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嘶哑现象时，首先应检查蜂鸣器的连线有无断线线有无断线，如无断线则属蜂鸣器，如无断线则属蜂鸣器故障。处理方法：可先用橡胶等弹性故障。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。象。如不行，则更换蜂鸣器片。报警时无声无光报警时无声无光 如传感器显示已达报警值但传感器仍无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，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请检查传感器电路板上的集成器件IC12IC12（CD4011CD4011）或晶体管）或晶体管N6N6（90139013），必要），必要时予以更换。时予以更换。传感器接受不到遥控信号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，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（换传感器线路板上数码管旁的（SFHSFH）红外接）红外接收头。收头。小数码管显示的功能位数字乱跳小数码管显示的功能位数字乱跳且无法控制且无法控制 当传感器显示窗内的小数码管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（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时，可更换传感器线路板上数码管旁的（的（SFH）红外接收头。）红外接收头。传感器显示传感器显示“8.88”或其它不明字符或其它不明字符 传感器在井下如显示传感器在井下如显示“8.88”等其等其它不明字符或反复显示它不明字符或反复显示“00.00”时，应时，应首先检查传感器与分站间的距离是否过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。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。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站附近，则需将传感器取下带回地面检修。修。第四节超声波漩涡式风速传感器 n n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（旋涡杆或称旋涡体）力体（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流，当流经该非流线体的流速（速（V V）大于某个值时，非）大于某个值时，非流线体的两边即产生两列流线体的两边即产生两列内旋，方向相反、交替出内旋，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率现的旋涡，旋涡的频率（f f）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（f f）即可得到所需的风速（即可得到所需的风速（V V）值。值。n n工作原理示意图工作原理示意图理理 论论 数数 学学 模模 型型风速V与旋涡频率f的线性关系式为:式中：n nf为旋涡频率n nd旋涡杆迎风面直径n nD为管道直径n nSr为斯特罗哈尔数（三角杆Sr0.16）旋涡频率旋涡频率旋涡频率旋涡频率 f f f f 的检测方法的检测方法的检测方法的检测方法安安 装装 和和 调调 校校 现现现现 场场场场 调调调调 校校校校n n1 1 1 1 精度调节精度调节精度调节精度调节: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30s30s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。n n2 2 2 2 报警点调校报警点调校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）。再按动遥控器的速报警点（风速高于该值报警）。再按动遥控器的“上上”“”“下下”键把低、高键把低、高报警点调到需要的值。报警点调到需要的值。n n3 3 3 3 显示与输出调节显示与输出调节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360Hz360Hz频率信号。频率信号。n n4 4 4 4 注意注意注意注意: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。第五节一氧化碳传感器 n n检测原理检测原理 1)1)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。2)2)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：3)CO+H3)CO+H2 2OCOOCO2 2+2H+2e-+2H+2e-4)4)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：5)1/2O5)1/2O2 2+2H+2e-H+2H+2e-H2 2OO6)6)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：7)2CO+2O7)2CO+2O2 22CO2CO2 2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2V2V模块板模块板 测量范围和误差（表测量范围和误差（表测量范围和误差（表测量范围和误差（表1 1 1 1表表表表3 3 3 3）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300mm300mm，距巷壁不得小于，距巷壁不得小于200mm200mm，并应安装维护方便，不影响行人，并应安装维护方便，不影响行人和行车。和行车。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%CO0.0024%CO，如图所示。，如图所示。带式输送机滚筒下风側带式输送机滚筒下风側10-1510-15m m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%CO0.0024%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%CO0.0024%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%CO0.0024%CO。使使 用用 调调 校校 表表(一一)使使 用用 调调 校校 表表(二二)第六节液位传感器第六节液位传感器 n n工作原理工作原理n n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:P 1=PO P 1=PO P 1=PO P 1=POgHgHgHgH 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=POP2=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-P2=gHP=P1-P2=gHP=P1-P2=gHP=P1-P2=gH -液体介质液体介质 g g-重力加速度重力加速度:H-H-H-H-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P P P P正比与正比与H H H H，即压阻式传感头的输，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。第七节第七节温度传感器 n n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)第八节风流压力传感器 n n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管道用流量传感器(V锥)n nV V形锥流量计简介形锥流量计简介V V型锥流量计是型锥流量计是2020世纪世纪8080年提出的年提出的一种差压式流量计，一种差压式流量计，V V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中央的流件为一个悬挂在管道中央的锥形体，高压锥形体，高压P1P1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P2P2取取自后锥体中央，并通过引压管自后锥体中央，并通过引压管引至管外，其差压引至管外，其差压P P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。V V锥流量传感器主要特点锥流量传感器主要特点 n n1 1 精度高：精度高：精度高：精度高：DVDV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侏（系统精度需参照应用条侏及二次仪表的精度）。及二次仪表的精度）。n n2 2 重复性好：重复性好：重复性好：重复性好：DVDV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%。n n3 3 量程比宽：量程比宽：量程比宽：量程比宽：DVDV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1010：1 1，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80008000时输出信号为线性，若低于时输出信号为线性，若低于80008000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。n n4 4 直管段要求低：直管段要求低：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。DVDV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DVDV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0-3D0-3D的直的直管段，在下游留管段，在下游留0-1D0-1D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，况下，DVDV锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内，对锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内，对DVDV型流量计的上游有一个型流量计的上游有一个9090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，DVDV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。第十节设备开停传感器第十节设备开停传感器 n n电磁感应原理电磁感应原理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 校校 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 电电 路路 原原 理理 图图 第十一节第十一节风门开闭传感器 n n工作原理n n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 n n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241241。当周围空气无烟雾时，镅。当周围空气无烟雾时，镅241241放射出微量的放射出微量的 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 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。n n烟雾检测原理图烟雾检测原理图第十三节粉尘浓度传感器 n n基本原理n n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。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢