监测监控系统及传感器技术概述

监测监控系统及传感器技术内容提要一、监测监控系统作用、组成及发展二、矿用环境监测主要传感器安全监测监控系统组成及其发展

一（一）安全监测监控系统组成

一、安全监测监控系统作用组成及其发展测控系统的基本概念“测”：即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等。“控”：即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等

在人们的日常工作和生活中，人体实际上就是一个“监测监控系统”。人通过五官（传感器）感受外界的信息，通过神经（传输信道）传输给大脑（计算机），大脑经过分析、判断，指挥四肢等器官（执行机构）的动作。所以“安全监测监控系统就是煤矿”安全生产的哨兵！

生产调度则是生产活动中枢。一、安全监测监控系统作用组成及其作用

煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统（DCS:DistributingCenterSystem），一般包含测控分站级和中心站级（见图1）。图1监测监控系统的组成

一、安全监测监控系统组成及其作用

安全监测监控系统是目前现代化工矿企业生产和管理的有效工具。对于煤矿生产，矿井安全监测监控系统是煤矿高产、高效、安全生产的重要保证。安全监测监控系统是一种自动采集资料、处理资料并进行控制的系统,具有及时、准确、连续、可靠的优点,对保障矿井安全,提高矿井“一通三防”管理水平,增强矿井抗灾能力等方面具有非常重要的作用。安全监测监控系统的作用一、安全监测监控系统组成及其作用

（一）安全监测监控作用

煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全.

世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产并推广使用了环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。

（1）矿井监控系统是一种自动采集数据，处理数据并进行控制的系统。通风安全监控设备在煤矿安全生产中发挥着越来越重要的作用。为进一步加强通风安全监控设备的装备、使用和管理，保障煤矿安全生产，《煤矿安全规程》将安全监控单列出来。

（一）安全监测监控作用（2）矿井监控系统的推广使用实现了甲烷超限断电、停风断电、通风系统监控、煤与瓦斯突出预报、火灾检测与预报、水灾监测与预报、矿山压力监测与预报等，从而减少了瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板等灾害与事故的发生，保障了煤矿安全生产和矿工生命安全。（一）安全监测监控作用（3）矿矿井井监监控控系系统统的的推推广广应应用用，，实实现现了了轨轨道道运运输输、、胶胶带带运运输输、、采采区区变变电电所所、、水水泵泵房房等等地地面面远远动动控控制制，，从从而而大大大大减减少少了了井井下下作作业业人人员员。。由由于于井井下下作作业业人人员员的的减减少少，，发发生生重重大大恶恶性性事事故故的的概概率率也也大大大大降降低低。。将井井下下操操作作由由地地面面远远动动操操作作，，因因此此改改善善了了作作业业环环境境，，从从而而吸吸引引一一些些业业务务素素质质高高的的人人从从事事这这些些远远动动操操作作工工作作，，进进而而降降低低了了误误操操作作及及违违章章作作业业的的概概率率。。（一一））安安全全监监测测监监控控作作用用（4）煤煤矿矿井井下下是是一一个个特特殊殊的的工工作作环环境境:有瓦瓦斯斯（（主主要要成成分分是是甲甲烷烷））等等易易燃燃气气体体;有硫硫化化氢氢等等腐腐蚀蚀性性气气体体;有淋淋水水、、环环境境潮潮湿湿、、空空间间狭狭小小、、矿矿尘尘大大;电磁磁干干扰扰严严重重、、电电网网电电压压波波动动大大、、工工作作场场所所分分散散且且距距离离远远，，因因此此矿矿井井系系统统监监控控不不同同于于一一般般工工业业监监控控系系统统。。（一一））安安全全监监测测监监控控作作用用（5）电电气气防防爆爆。。一一般般工工业业系系统统均均工工作作在在非非爆爆炸炸性性环环境境中中，，而而矿矿井井监监控控系系统统工工作作在在有有瓦瓦斯斯和和煤煤尘尘爆爆炸炸性性环环境境的的煤煤矿矿井井下下。。因因此此，，矿矿井井监监控控系系统统的的设设备备必必须须是是防防爆爆型型电电气气设设备备。。传输输距距离离远远。。一一般般工工业业监监控控对对系系统统的的传传输输距距离离要要求求不不高高，，而而矿矿井井监监控控系系统统的的传传输输距距离离要要求求的的更更高高。。网络络结结构构宜宜采采用用树树形形结结构构。。监控对象象变化缓缓慢。电网电压压波动大大，电磁磁干扰严严重。工作环境境恶劣。。检测设备备采用远远程供电电。不宜采用用中继器器。（一）安安全监测测监控作作用（6）轨道道运输监监控系统统主要用用来监测测信号机机状态、、电动转转撤机状状态、机机车位置置、机车车编号、、运行方方向、运运行速度度、车皮皮数、空空（实））车皮书书等，并并实现信信号机、、电动辙辙机闭锁锁控制、、地面远远程速度度与控制制等。（一）安安全监测测监控作作用（7）胶带运输输监控主主要用来来监测皮皮带速度度、轴温温烟雾、、堆煤、、横向撕撕裂、跑跑偏、打打滑、电电动机运运输状态态、煤仓仓煤位等等，并实实现顺煤煤流启动动，逆煤煤流停止止闭锁控控制和安安全保护护、地面面远程速速度与控控制、皮皮带火灾灾监测与与控制等等。提升运输输监控系系统主要要用来监监测罐笼笼位置、、速度、、安全门门状态、、摇台状状态、阻阻车器状状态等，，并实现现推车、、提升闭闭锁控制制等。（一）安安全监测测监控作作用（8）供电监监控系统统主要用用来监测测电网电电压、电电流、功功率、功功率因数数、馈电电开关状状态、电电网绝缘缘状态等等，并实实现漏电电保护、、馈电开开关闭锁锁控制、、地面远远程控制制等。排水监控控系统主主要用来来监测水水仓水位位、水泵泵开停、、水泵工工作电压压、电流流、功率率、阀门门状态、、流量、、压力等等，并实实现阀门门开关、、水泵开开停控制制、地面面远程控控制等。。（一）安安全监测测监控作作用（9）环境监监测主要要监测一一氧化碳碳浓度、、二氧化化碳浓度度、氧气气浓度、、温度、、压差、、烟雾等等，并通通过风门门、风窗窗控制，，实现均均压灭火火控制、、制氮与与注氮控控制、地地音、顶顶板位置置、位移移速度、、位移加加速度、、红外发发射、电电磁发射射等，并并实现矿矿山压力力预报等等。（一）安安全监测测监控作作用（10）矿山压力力监测系系统主要要用来监监测地音音、顶板板位置、、位移速速度、位位移加速速度、红红外发射射、电磁磁发射等等，并实实现矿山山压力预预报。大型机电电设备健健康状况况监控系系统主要要用来监监测机械械振动、、油质量量污染等等，并实实现故障障诊断。。（一）安安全监测测监控作作用（二）、、安全监监测监控控系统技技术发展展历程安全监测测监控系系统应用用于煤矿矿生产，，起源于于对矿井井瓦斯进进行检测测的安全全需求。。最早见诸于学学会报告告的瓦斯斯爆炸事事故是发发生于1675年英国北北威尔士士欣煤矿矿的一次次瓦斯爆爆炸。第一次伤伤亡超过过百人的瓦斯爆爆炸事故故发生于于1825年的英国国奈尔生生多煤矿矿，死亡亡102人。第一个伤伤亡超过过千人的瓦斯爆爆炸事故故发生于于1906年的法国国傅立叶叶煤矿，，死亡1099人。（三）瓦斯检测测技术的的发展过过程正是基于于煤矿瓦瓦斯爆炸炸事故的的危害巨巨大，瓦瓦斯监测测仪器就就伴随着着对瓦斯斯安全问问题的研研究而出出现。（二）、、安全监监测监控控系统技技术发展展历程最早应用仪器器来检测测矿井瓦瓦斯浓度度的国家家是英国国，在1815年发明了了第一项项监测瓦瓦斯仪器器—安全灯，它是利利用火焰焰的高度度来测量量瓦斯浓浓度。光学瓦斯斯检定器器是1925年在日本本发明的的一种检检测瓦斯斯技术，，当今世界界上占主主要地位位的是催化型瓦瓦斯监测测仪器。（二）安安全监测测监控系系统技术术发展历历程1960年代，英英、美、、法、德德、日、、前苏等等工业发发达国家家，都把把发展催催化型仪仪器作为为瓦斯检检测的主主要方向向。1973年，由重重庆煤矿矿安全仪仪器厂等等5家单位协协作，研研制AYJ-1型瓦斯遥遥测仪，，其后又又研制出出了ABD——1型瓦斯断断电报警警仪、AQD——1型采煤机机瓦斯断断电控制制仪等。。1980年代，随随着引进进消化并并进一步步实现““国产化化”，创创造了一一系列适适合我国国煤矿条条件的监监控系统统。1990年，我国国先后研研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80等煤矿安安全监测测监控系系统。（二）、、安全监监测监控控系统技技术发展展历程2010年后，我我国对所所有煤矿矿用KJ系列煤矿矿安全监监测监控控系统进进行升级级，投运运到煤矿矿井下的的为KJ…N，或KJ…NA型号。矿区现代代化安全全监测检检测系统统根据安全全监测监监控系统统的组成成，其主主要技术术指标，，主要是是以组成成系统的的各个子子系统的的技术指指标为特特征。一、安全全监测监监控系统统组成及及其作用用安全监测测监控系系统技术术指标测控分站站容量：是输入入、输出出量的个个数及类类型。接配传感感器：是指所接接配传感感器的种种类等。。检测精度度：是反映映分站性性能优劣劣的主要要指标之之一，一般用满满量程的的相对误误差来表表示。一、安全全监测监监控系统统组成及及其作用用测控分站站分辨率：反映分分站对微微小模入入量变化化的敏感感程度。转换时间间：指A/D一次转换换所需时时间，其其倒数称称为转换率。传输距离离：是传感感器宇分分站间信信号传输输的最远远距离。一、安全全监测监监控系统统组成及及其作用用中心站主机型号号及配置置：CPU型号，内内存容量量，硬盘盘容量等等。容量：即系统可可带分站站的数量量。信息传输输方式：即时分分制还是是频分制制，是频频带传输输还是基带传传输方式式。一、安全全监测监监控系统统组成及及其作用用国内安全全监测监监控系统统的发展展趋势总结我国国近10年来煤矿矿安全监监测监控控系统的的技术发发展概况况，主要要表现在在以下5个方面：（1）矿井安全监监测技术标准准化工作逐步步完善。（2）开发新型传传输技术，系系统容量扩大大。（3）应用软件丰丰富，系统功功能增强。（4）矿井专业化化安全监测系系统不断涌现现。（5）重视、加强强传感器的开开发研究。安全监测监控控系统发展我国矿井安全全监测监控技技术发展方向向（1）紧密结合我我国煤矿安全全生产国情。。我国是一一个煤矿灾害害事故严重，，特别是瓦斯斯爆炸事故频频发的产煤大大国。（2）重视专业化化或专家系统统的开发。开开发安全监控控技术应特别别注意将诸如如瓦斯涌出规规律、瓦斯突突出预测预报报等融入监测测系统中，才才能充分发挥挥监测系统的的作用。安全监测监控控系统发展方方向（3）继续深入强强化传感器技技术的研究。。应注重以下下方面：a、关注国内外传传感器发展热热点，借鉴传传感器新技术术，开发适用用于煤矿的安安全传感器。。b、解决煤矿安全全传感器的稳稳定性、可靠靠性，提高传传感器的制作作质量，在很很大程度上依依赖制作工艺艺。c、应高度重视传传感器功能材材料的研究。。当今世界各各国已把纳米米技术纳入了了自己的关键键技术中。成果：系统概概述与核心功功能31系统概述与核核心功能32系统概述与核核心功能通过基于蒙特特卡罗方法的的瓦斯数据分分析预测模型型，不仅可以以对矿井整体体瓦斯涌出量量进行分析预预测，而且还还可预测出瓦瓦斯涌出总量量在矿井中的的分布和流动动状态，预测测出矿井可能能的瓦斯浓度度超限的巷道道和区域。从从而极大地提提高了矿井安安全生产的预预警能力和事事故防范能力力。同时还可可以对这些数数据进行预测测分析，可以以求得矿井近近期历史的瓦瓦斯涌出量的的统计与分析析、瓦斯浓度度的统计分析析、瓦斯流量量情况以及对对瓦斯流量的的预测等波动动规律，判断断瓦斯测定当当前值所反映映的矿井瓦斯斯安全水平，，显著提高对对矿井瓦斯异异常的判断和和应对能力。。高效的通风网络分析手段通风网络图的生成和编辑开放的可扩展的软件架构专业性可视化平台图形间、图与数据间的联动基于多种数学方法的通风瓦斯数据分析模型三维立体图的展现形式以安全分区为理论基础的分析模式多种瓦斯实时监控与预警方式蒙特卡罗分析预测模型集成多种常见监控系统的数据33系统概述与核核心功能34体系架构与功功能详述实时显示巷道道浓度、流量量、涌出量及及测点浓度、、移动平均线线的变化情况况按照浓度、涌涌出量、超限限次数和波动动程度进行排排行分析利用大量的各各类型的图表表，动态展示示系统实时解解算数据，方方便监控人员员更快速的发发现系统出现现的异常问题题。瓦斯数据图表表35体系架构与功功能详述分析某时间段段后巷道瓦斯斯浓度达到各各安全等级的的可能性分析某时间段段后巷道瓦斯斯浓度的主要要变化区间以大量的基础础数据作为分分析依据，提提供对瓦斯浓浓度趋势分析析，为及时有有效采取防灾灾避灾措施提提供预警。瓦斯态势分析析3636体系架构与功功能详述巡检管理巡检记录根据矿井的排排班设计对各各个班次的巡巡检情况进行行登记，以便便于结合监控控及分析数据据综合处理。。37综合应用—异常排查发现异常目的：查看巷道瓦斯斯浓度变化的历史趋趋势工具：巷道浓度图瓦斯浓度异常常检测发现巷巷道浓度异常常进行告警目的：对巷道上下游游进行分析工具：上下游区域分分析目的：分析风量调整整造成的影响工具：巷道灵敏度分分析、风流成分分析、瓦瓦斯流分析目的：调整巷道风量量，得到新的通风风方案工具：风网解算对新的方案进进行确认大数据、云计计算与监测监监控系统大数据(BigData),定义是指那些些数据量特别别大、数据类类别特别复杂杂的数据集,这种数据集无无法用传统的的数据库进行行存储,管理和处理。。简言之，与对象相关的的所有数据。。云计算(cloudcomputing)是基于互联网网的相关服务务的增加、使使用和交付模模式,通常涉及通过过互联网来提提供动态易扩扩展且经常是是虚拟化的资资源。大数据、云计计算与监测监监控系统安全监测监控控系统，日积积月累，记录录海量有关安安全环境状态态参数数据。。与矿井计算机机管理系统网网络链接的其其他业务数据据。对于海量数据据的挖掘，源源于职能管理理部门需求，，特别是安全全生产方面要要求。各类安全生产产状态的预测测和防控的模模型以及结果果验证。安全管理层面面，各类安全全指标的考核核。矿用环境监测测主要传感器器二二、矿用环境境监测主要传传感器（一）传感器器定义、分类类及组成结构构按照国家标准准GB766687，把“能够把特定的的被测量信息息（如物理量量、化学量、、生物量等））按一定规律律转换成某种种可用输出信信号的器件或或装置称为传传感器（Transducer或Sensor）。”传感感器是生物物体感官的的工程模拟拟物；反过过来，生物物体的感官官则可以看看作是天然然的传感器器。所谓“可用用输出信号号”，是指指便于传输输、便于处处理的信号号。因此，，也可以把把传感器狭义的定义义为：能把外界非非电量信息息转换成电电信号输出出的器件或或装置。二、矿用环环境监测主主要传感器器按用途分类如位移传感器、力传感器、荷重传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。按工作原理分类如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器、振频式传感器和电化学式传感器等。按按外界输入信号转换至电信号过程中所利用的效应来分类如利用物理效应进行转换的为物理传感器；利用化学反应进行转换的为化学传感器；利用生物效应进行转换的为生物传器等。表2-1列出了与人体五官对应的几种传感器及其效应。二、矿用环环境监测主主要传感器器传感器的组组成:传感器一般般是由敏感感元件、转转换元件和和信号处理理电路三部部分组成，，有时需要要加辅助电电源。敏感原件转换原件信号处理辅助电源二、矿用环环境监测主主要传感器器（二）传感感器的静态技术特特性1.线性度（非非线性误差差）二、矿用环环境监测主主要传感器器2.灵敏度：达到稳定定工作状态态时，输出出变化量△△Y与引起此变变化的输入入变化量△△X之比。3.精度：传感器精度度是指测量量结果的可可靠度。指指传感器在在规定条件件下允许的的最大绝对对误差相对对于传感器器满量程输输出的百分分数。二、矿用环环境监测主主要传感器器4.最小检测量量和分辨率率最小检测量量是指传感感器能确切切反映被测测量的最低低极限量。。最小检测测量越小，，表示传感感器检测微微量的能力力越高。由于传感器器的最小检检测量M易受噪声的的影响，所所以一般用用相当于噪噪声电平若若干倍的被被测量为最最小检测量量，用公式式表示为二、矿用环环境监测主主要传感器器5.迟滞迟滞是指在在相同工作作条件下作作全测量范范围校准时时，在同一一校准中对对应同一输输入量的正正行程和反反行程其输输出值间的的最大偏差差。如图所所示。其数数值用最大大偏差或最最大偏差的的一半与满满量程输出出的百分比比表示。或式中，ΔHmax——输出出值在正反反行程间最最大偏差；；δH——表示示传感器的的迟滞。二、矿用环环境监测主主要传感器器（三）几种种重要传感感器介绍1.瓦斯传感器器热催化元件件：仅有一一个纯铂丝丝螺旋圈，，结构简单单，制造容容易。最大大优点是抗抗中毒能力力强。铂铂丝的工作作温度一般般为900～1000℃℃，工作时铂铂丝升华比比较严重，，线径缩小小，造成仪仪器零点严严重飘移，，连续工作作寿命缩短短。载体热催化化元件是目目前使用最最广泛的一一种催化元元件，目前前国内外生生产使用的的低浓度甲甲烷传感器器几乎都是是采用载体体热催化元元件。二、矿用环环境监测主主要传感器器铂丝线圈作作用：一方方面对载体体和催化剂剂进行加热热，使甲烷烷等可燃气气体接触元元件后达一一定的氧化化状态；另另方面把甲甲烷等可燃燃气体在催催化剂作用用下燃烧生生成的热量量检测出来来。载体一般是是三氧化二二铝(Al2O3)，其作用是是提供较大大的反应接接触面积、、固定铂丝丝的几何形形状、附载载催化剂、、传导热量量给铂丝催化剂作用用是使氧化化反应速度度加快，催催化剂对于于元件的灵灵敏度、稳稳定性、功功耗和寿命命等都起决决定性影响响。常用的的催化剂有有钯(Pd)、铂(Pt)、钍(Th)等。元件配配方及工艺艺较复杂，，各厂家均均不相同。。主要有黑（（热催化元元件）和白白（补偿元元件）两种种元件，其其阻值分别别为r1和r2，两元件放放在同一个个待测气样样将通过的的气室内。。由固定电电阻R1和R2组成电桥另另外的两个个桥臂，用用电阻温度度系数小的的电阻，以以提高电桥桥在高温时时的稳定性性。为使电电桥在无甲甲烷等可燃燃气体状态态下处于平平衡状态，，桥路内装装有调零电电位器W1。电阻r2’并联在白元元件r2上，补偿黑黑白元件热热学性质差差异的元件件，以改善善电桥的零零点飘移。。二、矿用环环境监测主主要传感器器二、矿用环环境监测主主要传感器器热催化原理理又称催化化燃烧原理理。甲烷等等可燃气体体在一定温温度条件下下，在催化化剂（铂、、铑、钯））等催化作作用下，进进行无焰燃燃烧，在一一定的浓度度范围内，，定量的甲甲烷燃烧放放出定量的的热，生成成二氧化碳碳和水。甲甲烷在空气气中燃烧的的反应式如如下：释放放出出的的热热量量Q使元元件件的的温温度度上上升升，，造造成成铂铂丝丝的的阻阻值值变变化化。。铂铂丝丝的的电电阻阻在在0～630.74℃℃范围围内内与与甲甲烷烷可可燃燃气气体体浓浓度度成成正正比比。。二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器目前前国国内内外外利利用用载载体体热热催催化化原原理理元元件件生生产产的的可可燃燃气气体体检检测测报报警警便便携携仪仪的的厂厂家家和和型型号号较较多多，，但但它它们们的的检检测测原原理理和和结结构构基基本本一一样样这类类仪仪器器特特点点是是体体积积小小，，结结构构简简单单，，功功耗耗低低、、性性能能较较稳稳定定及及使使用用寿寿命命长长。。测测定定低低浓浓度度可可燃燃气气体体时时，，输输出出信信号号较较大大(1%CH4时，，输输出出电电压压可可达达150mV以上上)，信信号号处处理理和和显显示示较较简简便便、、直直观观，，易易于于实实现现超超限限报报警警、、遥遥测测。。其其缺缺点点是是催催化化剂剂与与硫硫、、铅铅、、磷磷、、氯氯等等化化合合物物接接触触时时，，催催化化性性能能逐逐渐渐降降低低，，使使仪仪器器的的灵灵敏敏度度降降低低。。二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器某甲甲烷烷气气体体检检测测便便携携仪仪原原理理框框图图二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器载体体热热催催化化元元件件的的特特性性元件件的的活活性性，，元元件件活活性性是是指指元元件件对对甲甲烷烷氧氧化化燃燃烧烧速速率率稳定定性性，，元元件件在在新新鲜鲜空空气气与与一一定定浓浓度度甲甲烷烷环环境境中中，，在在规规定定的的连连续续工工作作时时间间里里活活性性下下降降率率工作作点点和和工工作作区区间间，，元元件件工工作作点点是是指指元元件件的的标标准准工工作作电电压压和和电电流流值值二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器输出出特特性性是是指指在在不不同同甲甲烷烷浓浓度度下下，，元元件件的的活活性性与与甲甲烷烷浓浓度度的的关关系系载体体热热催催化化元元件件输输出出特特性性二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器元件件的的中中毒毒特特性性。。载载体体热热催催化化元元件件的的催催化化剂剂钯钯(Pd)、铂铂(Pt)、钍钍(Th)等与与硫硫(S)、磷磷(P)、铅铅(Pb)、氯氯(Cl)、硅硅(Si)等化化合合物物作作用用，，使使其其催催化化活活性性逐逐渐渐降降低低，，称称为为催催化化剂剂中中毒毒载体体催催化化元元件件的的激激活活特特性性，，经经过过一一段段时时间间工工作作的的元元件件，，遇遇到到较较高高浓浓度度甲甲烷烷气气体体(>5.5%～6%)数分分钟钟后后，，元元件件的的活活性性升升高高，，高高浓浓度度甲甲烷烷气气体体消消失失后后，，元元件件在在几几十十小小时时内内活活性性又又逐逐渐渐下下降降到到原原来来值值附附近近。。二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器载体体热热催催化化型型仪仪器器的的反反应应速速度度，，指指仪仪器器从从接接触触到到被被测测气气体体开开始始，，到到传传感感器器元元件件能能正正确确地地指指示示数数据据为为止止所所经经历历时时间间高浓浓度度甲甲烷烷气气体体的的影影响响，，载载体体热热催催化化元元件件适适应应检检测测爆爆炸炸下下限限以以下下浓浓度度范范围围的的可可燃燃气气体体；；如如甲甲烷烷浓浓度度0%～4%)浓度度范范围围。。当当元元件件接接触触高高浓浓度度可可燃燃气气体体时时，，可可能能会会出出现现两两种种不不同同的的情情况况。。二、、矿矿用用环环境境监监测测主主要要传传感感器器光学学瓦瓦斯斯检检定定器器1925年，，日日本本发发明明；；采采用用光光干干涉涉原原理理制制成成；；测量范围：0~10%；0~50%等不同浓度档档位；光学甲烷检定定器的使用步步骤：检查吸吸收管内干燥燥剂，检查仪器气密密性，检查干干涉条纹是否否清晰，调零零，测定。二、矿用环境境监测主要传传感器2.温度传感器（1）温度检测方方法原理简介介热电偶法；热电阻法；半导体热敏电电阻法；红外辐射法。。二、矿用环境境监测主要传传感器（2）热电阻温度计计热电阻是利用用金属等材料料的电阻率随随温度升高而而变化的原理理进行测温的的。采用金属属材料作温度度敏感元件称称热电阻，利利用半导体材材料制成的温温度敏感元件件称为热敏电电阻。二、矿用环境境监测主要传传感器热电阻铂电阻是由铂铂丝绕制而成成，铂电阻因因其物理、化化学性质稳定定被作为复现现温标的基准准器。国标实实用温标规定定，在-259.34～630.74℃温度范围内以以铂电阻作为为标准仪器半导体热敏电电阻半导体热敏元元件，电阻温温度系数比较较大，其绝对对值比热电阻阻大10～100倍，主要原因因是半导体中中载流子比原原子的数目要要小几千到几几万倍。相邻邻自由电子间间距是原子间间距的几十倍倍，使得自由由电子运动象象气体分子热热运动一样二、矿用环境境监测主要传传感器一般半导体热热敏电阻具有有负的温度系系数，也就是是温度升高，，电阻值是减减小的，如图图所示热敏电阻和铜铜电阻比较图图二、矿用环境境监测主要传传感器热电阻温度计计的原理图其基本原理是是热量的变化化引起电阻阻阻值的改变，，测量电桥输输出差值信号号，差值信号号的大小反映映了待测温度度的大小。通通过对温度值值与输出值大大小之间关系系的标定，即即可测得温度度的大小。。二、矿用环境境监测主要传传感器使用热电阻测测温，应注意意因引线较长长带来的误差差，常采用的的方法如图所所示，测温电电阻和三根导导线同时接到到测温点，因因引线L2和L3分别在两个相相对应的电桥桥臂上，从而而可以抵消环环境的影响。。故使用这种种方法可以使使用较长的测测量导线进行行测温，这种种消除误差的的方法通常称称为“三线法法”三线法消除误误差二、矿用环境境监测主要传传感器半导体PN结测温传感器器利用半导体材材料制成的PN结型温度传感感器称为半导导体温度传感感器。它的感感温部分是利利用二极管或或晶体管的PN结正向电压相相对于温度关关系特性。二、矿用环境境监测主要传传感器在实际应用中中，利用两个个晶体管的基基极，如图所所示。利用晶晶体管特性和和外接电路条条件能获得较较好的线性关关系。将晶体体管电路与恒恒流源电路、、放大电路等等组合在一起起集成于芯片片上，就成为为集成电路温温度传感器，，如AD590、AN6701测温元件等。。晶体管PN结测温原理图图二、矿用环境境监测主要传传感器红外测温仪任何物体只要要温度高于绝绝对零度，就就会不断产生生红外辐射，，温度越高，，辐射功率越越大。只要知知道物体的温温度T和比辐射率ε，就能计算出出它所发射的的辐射功率P；若知道物体体所发射的辐辐射功率，则则可求出它的的温度。即σ—斯忒藩—波尔兹曼常数数，σ=5.6697×10-12，W/cm2K4；ε—比辐射率，绝绝对黑体ε=1.0，非绝对黑体体0＜ε＜1.0；T—物体的热力学学温度，K。二、矿用环境境监测主要传传感器红外测温用检检测元件有热热敏和光敏电电阻两种，它它是一种非接接确式测温仪仪表，其原理理如图所示。。二、矿用环境境监测主要传传感器图中Rb是红外敏感元元件，接收红红外辐射能；；Rc是补偿元件，，被罩壳隐蔽蔽起来，不吸吸收红外辐射射能；Eb和Ec组成偏置放大大电源。Rb接收红外辐射射能，其阻值值下降，电桥桥失去平衡，，输出电压信信号耦合到前前置放大器放放大，经处理理和转换环节节，由显示器器显示，或送送到报警电路路进行报警。。Rb阻值下降或输输出电压信号号的强弱由红红外辐射能量量决定，而接接收的红外能能量多少与被被测点温度高高低有关，仪仪器显示的数数据就直接反反映被测点温温度值及其变变化状态。二、矿用环境境监测主要传传感器红外测温具有有测量灵敏度度高、反应速速度快、测温温范围广、属属于非接触式式测温、不影影响被测介质质的温度场分分布优点，是是发展测量技技术、遥感技技术及空间科科学的重要手手段。在矿井井火灾监测与与预报、设备备温升测量等等方面，具有有很好的应用用前景二、矿用环境境监测主要传传感器（3）超声波旋涡风风速传感器传感器是应用用卡曼涡街理理论来实现风风速检测的。。所谓卡曼涡涡街理论，就就是在无限流流场中，垂直直流体流向插插入一根无限限长的非流线线型阻挡体（（旋涡发生体体），在雷诺诺数为200～50000范围内，阻挡挡体的下游将将产生内旋的的、互相交替替的旋涡列,其旋涡频率f与流体流速V成正比，与阻阻挡体直径d成反比，即：：二、矿用环境境监测主要传传感器超声波涡街风风速传感器与与其它风速传传感器相比，，具有如下明明显的优点：：结构中无运动动部件，无使使用磨损问题题，适于连续续运行，使用用寿命长，性性能稳定；线线性输出范围围宽，原理上上没有零位漂漂移，测量精精度高；响应应迅速，而且且能辨别风向向。二、矿用环境境监测主要传传感器CO传感器电化学学池结构及工工作原理示意意图（4）定电位电化学学一氧化碳传传感器二、矿用环境境监测主要传传感器上图是CO传感器的电化化学池结构及及工作原理示示意图。其内内是一个装有有三个电极的的电池，W为工作极，C为对极，R为提供恒定电电位。该电池在恒定定电位器产生生0.9～1.1V的恒定电位作作用下，在恒恒电位电池场场中，通入CO气体并扩散至至工作极时，，CO气体发生氧化化反应生成CO2；气体中的氧扩扩散到对极C处，发生还原原反应。二、矿用环境境监测主要传传感器空气中的CO通过扩散方式式，进入电化化学池，在其其中发生电解解反应，通过过检测电流，，进而得到CO浓度。这类仪器或传传感器抗干扰扰性差，除CH4和CO2基本不不参加加反应应，而而NO2、H2、SO2、C2H4、H2S均参加加反应应，因因此，，使用用时应应在其其前端端加过过滤剂剂，以以便对对干扰扰气体体加以以吸收收，提提高检检测精精度。。二、矿矿用环环境监监测主主要传传感器器一氧化化碳和和硫化化氢检检测报报警器器一氧化化碳隔隔爆传传感器器，由由探头头和前前置放放大器器组成成，探探头是是电化化学极极谱电电池。。前置置放大大器电电路上上的基基准电电压发发生器器通过过缓冲冲放大大器，，给工工作电电极（（测量量电极极）提提供基基准电电势。。基准准电势势使探探头的的工作作电极极相对对于参参比电电极有有一个个合适适的电电电势势，一一氧化化碳气气体通通过隔隔爆片片及探探头表表面的的塑料料薄膜膜，以以扩散散方式式进入入探头头发生生氧化化反应应时，，工作作电极极释放放电子子，参参比电电极获获得电电子，，形成成了与与一氧氧化碳碳浓度度成正正比的的电流流（微微安级级）信信号，，该信信号经经过放放大后后通过过屏蔽蔽电缆缆传送送到控控制单单元的的输入入放大大器。。其工工作原原理如如下图图。二、矿矿用环环境监监测主主要传传感器器工作原原理框框图二、矿矿用环环境监监测主主要传传感器器实例：：MSA－580系列硫硫化氢氢检测测报警警器MSA－580系列硫硫化氢氢气体体连续续检测测系统统可连连续检检测工工作场场所空空气中中硫化化氢气气体在在0～150mg/m3范围内内的浓浓度，，并将将信号号远传传输到到控制制室或或值班班室。。当空气气中硫硫化氢氢浓度度达到到15mg/m3时发出出预报报警，，达到到20mg/m3时发出出报警警信号号（设设定点点用户户可自自行调调整））。信号传传输距距离可可达1.5km。每台台仪表表可容容纳1～5个单元元，可可同时时监测测5个点的的空气气中的的硫化化氢气气体浓浓度，，其精精度为为±5％FS，响应应时间间小于于60S，传感感寿命命12个月。。二、矿矿用环环境监监测主主要传传感器器（5）风门开开关状状态传感器器工作原原理:KGE12系列风风门传传感器器是一一种磁磁性驱驱动的的接近近开关关，它它将触触发磁磁铁装装在风风门上上，而而把开开关组组件安安装在在对应应的门门框上上。当风门门关闭闭时，，触发发磁钢钢紧靠靠开关关组件件，由由磁力力产生生的磁磁场使使开关关组件件维持持闭合合（或或断开开）状状态，，这时时由舌舌簧开开关输输出一一闭合合（或或断开开）信信号给给监测测系统统分站站或向向地面面传输输信号号的载载波设设备，，经数数据线线在地地面中中心站站或模模拟盘盘显示示风门门“关关”状状态。。当风门门打开开时，，触发发磁钢钢离开开了舌舌簧开开关，，开关关组件件即输输出一一断开开（或或闭合合）信信号给给监测测系统统让或或向地地面传传输信信号的的载波波设备备，经经数据据线在在地面面中心心站模模拟盘盘或矿矿井监监控系系统显显示风风门““开””状态态。二、矿矿用环环境监监测主主要传传感器器产品性性能:防爆型型式：：矿用用本质质安全全型。。防爆爆标志志：ExibI（150℃）使用环环境温温度：：-5℃℃～+40℃；输入电电源：：DC10～24V；动作距距离：：不小小于30mm，不大大于70mm防护等等级：：IP54；信号输输出型型式：：Ⅰ型：一一组转转换接接点，，Ⅱ型：恒恒流-5mA/+5mA，Ⅲ型：恒恒流0/5mA。输出信号传传输距离：：≤2Km；外型尺寸mm：开关组件件：138×52×31；触发磁钢：：138×52×31；触发磁钢材材质：氧化化物磁钢；；触发磁钢特特点：抗老老化、抗杂杂散磁场、、全密封；；开关组件及及触发磁钢钢两侧各有有二安装孔孔，用来精精确调整开开关组件和和触发磁钢钢的距离。。二、矿用环环境监测主主要传感器器（6）机电设备备开停状态态传感器矿用机电设设备开停传传感器主要要用于监测测煤矿井下下各种机电电设备（如如采煤机、、运输机、、提升机、、粉碎机、、局站、泵泵站、风机机等）的开开停状态，，并把检测测到的设备备开停信号号转换成标标准信号传传输给矿井井监测系统统，实现煤煤矿主要机机电设备的的集中自动动监测，随随时全面了了解全矿的的生产，工工作状况。。二、矿用环环境监测主主要传感器器KGT9型开/停传感器系系矿用本质质安全型设设备，利用用测定磁场场的方式，，间接的测测定设备的的工作状态态。该传感感器把检测测到的开/停信号以±5mA的恒流或一一继电器触触点信号的的形式传输输给监测分分站。主要技术指指标供电电源：：本本安安型15VDC最大工作电电流：30mA使用环境：：温温度度-20℃-40℃相对湿度≤≤95%输出信号：：恒恒流流±5mA继电器触点点信号防爆标志：：Exib二、矿用环环境监测主主要传感器器KGT9型开/停传感器的的组成信号号输出信号号交换KGT9型开/停传感器由由检测线圈圈，放大，，检波，信信号变换及及信号输出出等环节组组成，如下下图所示。。KGT9型开/停传感器的的组成传感器使用用时卡固定定在用电设设备供电电电缆外皮上上，检测出出电缆内有有无电流通通过，即可可鉴别设备备开、停状状态。一般般机电设备备系三相供供电，利用用传感器的的电感线圈圈贴近电缆缆中一相芯芯线，即可可测得微弱弱的磁感应应信号，该该信号经放放大，检波波，信号变变换及信号号输出等环环节，将反反映设备开开/停信息传给给井下监控控分站，再再由井下监监控分站传传至地面。。检测线圈放大检波信号交换信号输出二、矿用环环境监测主主要传感器器二、矿用环环境监测主主要传感器器案例2010年神东公司司某矿，电电工检修局局扇开关，，因操作方方面原因，，触电死亡亡。（7）核子皮带带秤为了检测皮皮带运输煤煤量，人们们研制出利利用放射性性原理的核核子皮带秤秤，该皮带带秤检测装装置如右图图所示。只需将检测测框架套在在皮带外即即可使用。。由于采用这这种非接触触测量，不不需对原皮皮带机改造造，因而安安装使用方方便。二、矿用环环境监测主主要传感器器放射源置于于框架的上上方，是一一个以铅为为防护层的的密闭容器器，其中装装有放射性同位位素鈷(Co60)或铯(Cs137)，容器下方方开口，使使同位素放放射的γ射线按一定定放射角普普照整个皮皮带宽度上上的物料。。这些能量量有一部分分被输送带带上的物料料吸收，其其余的就被被安装在输输送带下的的探测器接接收。探测器常用用的探测器器有电离室室和闪烁计计数器两类类，其作用用是将核辐辐射转变为为电信号，，待和测速速传感器的的信号相乘乘之后，即即可显示出出单位时间间内输送物物料的重量量。二、矿用环环境监测主主要传感器器FBC-1391系列微机核核子皮带秤秤主要技术术指标放射器铯铯137源强50-100毫居里射线泄露量量1m处低于国际际居民安全全标准5毫西沃/年精度1%皮带宽度300-1500mm输出1-5mA显示6位累计量显显示，最大大99999.9t二、矿用环环境监测主主要传感器器二、矿用环环境监测主主要传感器器(8)矿山压力传传感器二、矿用环环境监测主主要传感器器(8)矿山压力传传感器二、矿用环环境监测主主要传感器器（9）煤仓料位位传感器原理：超声声波碰到杂杂质或分界界面会产生生显著反射射形成反射射成回波，，碰到活动动物体能产产生多普勒效应应。此超声波检测测广泛应用在在工业、国国防、生物物医学等方方面以超声声波作为检检测手段，，必须产生生超声波和和接收超声声波。完成成这种功能能的装置就就是超声波传感感器。应用：GUL60物位传感器器（以下简简称传感器器），系本本质安全型型，防爆标标志为“ExibI”。主要用于于煤矿煤仓仓仓位测量量，现场显显示并产生生信号传给给上位机或或者综合控控制站，以以达到及时时准确的判判定和控制制煤仓情况况。1）针对煤煤仓情况，，仓高7~8m，仓口直径径2~3m，可选用量量程大的超超声波传感感器传感器器，如RUC600，QT50U（检测距离离6m，8m），一方面面可提高声声波强度，，减小粉尘尘的影响，，同时也可可以利用其其自身较强强的振动能能量增强自自身的清洁洁能力。2）安装必必须在仓口口中心位置置，注意最最好不要高高于仓口面面，同时也也要保证超超声波传感感器垂直安安装于煤料料表面。3）安装完完毕后，可可通过电位位器调节旋旋钮（S1，S2）或按键来来调整传感感器工作范范围（2~6m），同时观观察传感器器指示灯状状态，使其其测量信号号达到最佳佳状态。4）检验传传感器输出出值与仓位位实际标定定值是否相相符，输出出仪表显示示与标定结结果相差0.1左右，说明明测量结果果能够较好好的反映煤煤仓内的实实际料位。。思考题：1．简述载体体热催化型型元件检测测可燃气体体的原理。。2．为什么载载体热催化化型仪器只只能测量低低浓度可燃燃气体？3.简述定电位位电化学一一氧化碳传传感器检测测原理。4.根据空气流流动涡街原原理，安装装风速传感感器时，应应该遵循哪哪些原则？？5.简述电气设设备开停传传感器工作作原理。6.传感器的静静态特性有有哪些？9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2