煤矿安全监测监控技术(02)-矿用传感器(02)教学教材

煤矿安全监测监控技术(02)-矿用传感器(02)二、检知管法测定CO检知管检测CO原理：

CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，来检测CO的浓度。检测剂以活性硅胶为载体，吸附五氧化二碘和发烟硫酸加工而成。反应方程：检测剂与CO反应后由白色变成棕黄色圈，随着气流通过棕色环向前移动，其移动距离与CO浓度大小成正比。二、检知管法测定CO1—检测管外壳（中性玻璃管）2—堵塞物（棉栓、玻璃丝布、耐酸涤纶等）3—保护胶（硅胶吸附试剂以除去干扰气体）4—隔离层（有色玻璃粉等惰性有色颗粒物质）5—指示剂（活性硅胶吸附化学试剂）1—档位；2—采样器；3—检测管；4—指示剂

二、检知管法测定CO图2.3-2DQJ-50多种气体检定器

图2.3-1比长式CO检知管三、定电位电化学检测CO1、电化学气体传感器原理电化学：是研究电解质溶液与电极相界间的电化学反应过程，即化学能和电能之间相互转换的科学。电化学理论指出，在电极和它接触的电解质溶液之间存在着氧化还原反应，并有电子的得失。并且各种物质在电解质溶液中的氧化还原反应均在一定的电极电位下进行。标准电极电位：是指某物质在规定的浓度、温度条件下的电极电位，当电极电位高于该标准电极电位时产生氧化反应，反之，则产生还原反应。因此，该物质的标准电极电位也称为可逆电极电位。如：CO2/CO氧化还原对的可逆电极电位为-0.12V;O2,H+/H2O氧化还原对的可逆电极电位为+1.23V三、定电位电化学检测CO2、定电位电化学CO检测元件电解液：硫酸或硫酸水溶液透气膜：聚四氟乙烯（PTFE）非均相微孔膜，透气但不透水和离子。空隙率大则灵敏度高，响应时间短，但易漏液。气体扩散电极：（透气膜＋电极）防水透气膜:PTFE活性层：铂黑＋PTFE乳液含有催化剂的多孔膜电极，易于被测气体与电解液在气、固、液三相界面上进行氧化还原反应。工作电极：W对面电极：C参比电极：R图2.3-3电化学CO检测元件三、定电位电化学检测CO工作电极W：电极W受恒电位的控制作用，具有一个恒定的电位；被测量一氧化碳，通过聚四氟乙烯薄膜扩散到电极W，并在W电极催化剂的作用下与电解液中的水发生氧化反应，生成二氧化碳和氢质子，同时释放出电子；对面电极C：氧在催化剂作用下与氢质子发生还原反应生成水，并得到电子。W极：C极：三、定电位电化学检测CO式中：n－电子转移数；D-膜中气体扩散系数；F-法拉第常数；A-反应界面面积；H-扩散电极膜厚度；参比电极R：使W和R间保持恒定电位。W和C间的反应电流为I：法拉第定律1-电源2-恒位环节3-传感器4-放大器5-温度补偿6-指示电表图2.3-4电化学测CO原理四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))1、功能及应用：能连续监测和就地显示一氧化碳浓度值，并在超限时发出声光报警；可与监控系统配套使用。2、主要技术指标：工作电压：9～24VDC工作电流：＜100mADC检测范围：0～500PPmCO检测误差：F.S范围内5%(相对误差)显示方式：三位红色LED显示(分辨率：1PPmCO)输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC防爆型式：ExibⅠ矿用本安型外形尺寸：(190×114×57)mm图2.3-5KG9201CO传感器四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))3、结构及原理：89C51单片机遥控调校前置放大信号采集声光报警I/O接口LED显示watchdog电路EEPROM信号输出A/D转换器图2.3-6GTH500B一氧化碳传感器电路原理框图

四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))4、CO传感器使用与维护：连接：将来自分站的专用电缆航空插头按对应位置插入传感器上的航空插座，并旋紧固定。电缆航空插头的接线为：1号口——电源正极，红色线；2号口——电源和信号负极，蓝色线；3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口——恒流断电控制信号输出，绿色线。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：①零点调节：在新鲜空气中使传感器通电预热20分钟，按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“1”，然后同时按“▲”键和“▼”键使大数码管显示为0.00，即调零完毕。②精度调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“2”，通入浓度为200ppm的标准一氧化碳气体，气体流量控制在200ml/min，再按“▲”或“▼”键使大数码管显示数值与标准气体数值一致。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：③报警调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“3”，然后分别按“▲”或“▼”键调节。④自检：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“4”，此时传感器应显示200ppm，对应的输出信号为520Hz（或2.6mA）。注意：（1）传感器参数调节后，必须在断电之前，按遥控器上的“选择”键使小数码管的显示值循环至消隐，修改后的参数才能存入传感器的存储器内。否则，此次调校无效。（2）仪器零点、精度要定期调校，一般15天一次。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))典型故障①传感器显示L.LL：表示传感头内部接线松动或检测元件损坏。②传感器显示8.88或反复显示00.00：表示传感器距离分站太远或IC3（7805）故障（正常时其输入端应该在+18V左右，输出端在+5V左右）。③报警有光无声或无光无声：蜂名器及其连线故障；报警灯或其控制器件（CD4011）或晶体管(9013)故障。④小数码管显示乱跳或无法控制：传感器线路板上数码管旁的遥控红外接收头（SFH）故障。五、便携式CO检测仪CT1000X型CO检测报警仪

测量范围：0～2000ppm

误差：＜±10%真值

报警范围：0～300ppm连续可调

响应时间：≤60秒

传感器寿命：3年（进口电化学）

报警出厂设定

：24±1ppm法国TX2000型CO检测仪

测

量：连续

测量范围：0-500/0-2000两种可供选择

传感器：电化学式

显

示：3位半液晶显示，带背景灯

报

警：5种声光/2个瞬时报警点/超量程报警

供电电源：3节LR011.5V干电池

工作时间：1000小时五、便携式CO检测仪§2.4氧气传感器正常的氧气含量应当在20.9%左右。富氧：即氧气过量，通常指氧气含量超过23.5%，此时很容易发生爆炸的危险；缺氧：即氧气不足，通常指氧气含量低于19.5%，此时很容易发生窒息、昏迷以至死亡的危险。检测氧气含量的方法：

伽伐尼电池法、顺磁测氧法一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理电池阴极：

由金、银、铂或银-石墨制成。电池阳极：

由铅、镉、铜、铋等金属制成。电解液：

氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸盐。隔膜：

聚四氟乙烯PTFE等隔水透气膜。图2.4-2伽伐尼电池结构示意图1-阳极2-绝缘材料3-电解液4-阴极5-隔膜一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理阴极反应：阳极反应：总电池反应：图2.4-2伽伐尼电池结构示意图1-阳极2-绝缘材料3-电解液4-阴极5-隔膜一、伽伐尼电池测氧法（Galvaniccell）1、隔膜伽伐尼电池原理电池反应电势：n－反应电子数F－法拉第常数Po2－电极表面氧分压D－气体扩散系数A－阴极面积l－膜外表面距阴极的距离C－氧气浓度元件输出电流2、影响测氧元件的因素温度：直接影响i，并影响D气压变化：影响电极表面氧分压，通常+0.25％O2/100m井深阳极寿命：二、顺磁测氧法

1、顺磁测氧原理顺磁性气体和反磁性气体：反磁性是指当施加磁场时，气体与磁场相斥而逃逸的性质；反之，为顺磁性。大多数气体为反磁性，仅O2、NO1、NO2等少数气体呈顺磁性氧的磁化率比其它气体大得多，含氧混合气体的磁化率主要由氧的浓度决定。氧的热磁效应：即氧的磁化率会随温度的升高而迅速降低。图2.4-1顺磁测氧元件

１－环型室；

２－永久磁铁；

３－r1电阻线圈；

４－r2电阻线圈；

r1r2R1R2测量电桥

无氧时：连通管两侧压力平衡，电桥平衡。有氧时：气体被磁场吸入连通管而被加热。热磁对流：随氧气温度升高，磁化率随之降低；而后面连续流过来的冷气体因温度低而磁化率高，被不断吸入连通管，所以把原先已被加热的气体不断向通道右面推出，形成磁风即热磁对流。磁风的强弱取决于气体中氧含量的多少。左侧电阻r1：附近的热量不断被引入的气体带走，温度降低，降低的程度取决于磁风的大小。右侧电阻r2：由于气体在前面已被加热，所以不会受到冷却的作用，甚至温度还有所上升。2、热磁效应测氧传感器三、KGQ7型氧气传感器主要技术指标测量范围：0～25%O2测量误差：±3%O2（满量程）响应时间：小于