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煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)中典型的傳感器有哪些?


關(guān)鍵詞:傳感器,一氧化碳,監(jiān)控作者:佐威發(fā)布時間:2022-03-05瀏覽次數(shù):427

隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展,國家對企業(yè)安全生產(chǎn)的要求不斷提高,尤其是像煤礦這種高危行業(yè),近年來,煤礦企業(yè)逐步平衡好生產(chǎn)與安全的關(guān)系,安全生產(chǎn)管理制度逐漸得到完善,人民的生命和財產(chǎn)安全得到保障,生產(chǎn)水平也在不斷提高。當(dāng)然,高效的生產(chǎn)效率與煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)密切相關(guān),隨著井下工作面深度的不斷發(fā)展,使安全監(jiān)測不可或缺。

礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器、斷電儀、載波機(jī)、傳輸線、解調(diào)器、計算機(jī)、調(diào)度顯示盤等組成。隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,目前的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)測監(jiān)控終端、地面中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

傳感器與控制器

傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被測環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品。目前國內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器,以及機(jī)電設(shè)備開停、機(jī)電設(shè)備饋電狀態(tài)、風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量傳感器。以上傳感器的開發(fā)和應(yīng)用基本滿足了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控的需要,但國產(chǎn)傳感器在使用壽命、調(diào)校周期、穩(wěn)定性和可靠性方面與國外同類產(chǎn)品相比還有很大差距,某些傳感器(如瓦斯傳感器)的穩(wěn)定性還不能滿足用戶的需要。

煤礦井下使用的控制器主要是指各種規(guī)格的斷電儀,其主體是由繼電器構(gòu)成,該斷電儀的壽命長,可靠性高。

礦用監(jiān)控系統(tǒng)傳感器

煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕度等參數(shù),都屬于環(huán)境參數(shù)。礦井環(huán)境參數(shù)主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、井巷硐室和工作面溫度、風(fēng)量與負(fù)壓、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、二氧化硫濃度和硫化氫濃度等。

采煤、掘進(jìn)、運輸、及通風(fēng)等各系統(tǒng)的運行及相關(guān)設(shè)備的工作狀況稱為礦井工況參數(shù)。主要監(jiān)測的工況參數(shù)有風(fēng)筒風(fēng)量、風(fēng)門開關(guān)、輸送帶開停、煤倉煤位、采煤機(jī)組位置、排水系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、主要通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)等工況參數(shù)。

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號處理電路3部分組成,有時需要加輔助電源,其組成原理如圖4-1所示。

1.智能遙控甲烷傳感器

智能遙控甲烷傳感器是組成監(jiān)控系統(tǒng)的一種智能型檢測儀表。它可以配接各種型號的井下分站、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置、斷電儀等設(shè)備,用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。

催化燃燒式甲烷傳感器 (CH4傳感器)CH-A3是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理,由檢測元件和補償元件配對構(gòu)成測量電橋,當(dāng)遇到可燃性氣體時,可燃?xì)怏w在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生燃燒,載體溫度就升高,通過它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高,從而使平衡電橋失去平衡,輸出一個與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號。

2. 一氧化碳傳感器

煤礦常用的一氧化碳檢測儀器有電化學(xué)式、紅外線吸收式、催化氧化式等。國內(nèi)外煤礦廣泛使用的是電化學(xué)式一氧化碳傳感器。

電化學(xué)一氧化碳傳感器,同時也是一種微燃料電池元件,對檢測氣體以恒定電位,作電化學(xué)性氧化還原反應(yīng),通過測定電場電流獲得氣體濃度的信息。其工作原理是,利用工作電極與對電極組成電極對,當(dāng)這對電極浸入電解液中,在電極間加上電壓會產(chǎn)生極化,若工作電極為正,對電極為負(fù),則電解液中的負(fù)離子移向工作電極,正離子移向?qū)﹄姌O。此時,被測氣體擴(kuò)散到工作電極上,在催化劑作用下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)釋放出電荷,使工作電極與對電極的電位發(fā)生變化,產(chǎn)生電流。

一氧化碳傳感器就是電化學(xué)原理的傳感器,具有反應(yīng)迅速靈敏、抗干擾能力強的特點,經(jīng)過獨有的補償算法、多段標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定,亦具有長壽命、高精度、高重復(fù)性和高穩(wěn)定性的特點,對于減少事故發(fā)生,有效地保障煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命安全也具有重要意義。

一氧化碳傳感器CO-AF是電化學(xué)原理的傳感器,電化學(xué)傳感器具有靈敏度高,選擇性好,低濃度輸出線性好等優(yōu)點,主要用在石油化工,環(huán)保,煤礦,汽車等領(lǐng)域。

Alphasense一氧化碳傳感器CO-AM使用成熟的燃料電池技術(shù),一氧化碳傳感器 (CO傳感器)CO-AM主要特性:測量范圍:5000ppm ,靈敏度:55~90nA/ppm ,主要用在石油化工,煤礦,工業(yè)等領(lǐng)域。

CO-BF一氧化碳傳感器是電化學(xué)原理的傳感器,電化學(xué)傳感器具有靈敏度高,選擇性好,低濃度輸出線性好等優(yōu)點,主要用在石油化工,環(huán)保,煤礦,汽車等領(lǐng)域。

TGS5042是費加羅研發(fā)的可電池驅(qū)動的電化學(xué)一氧化碳傳感器,與現(xiàn)有的電化學(xué)式傳感器相比,有以下優(yōu)勢:電解質(zhì)是環(huán)保型的;沒有電解液泄漏的危險;一氧化碳可檢測濃度高達(dá)1%,操作使用溫度范圍廣(-5?C ~ 55?C);對干擾氣體靈敏度很低。這種傳感器具有使用壽命長,長期穩(wěn)定性好,精度高的特點,是數(shù)字顯示方面為數(shù)不多的可供選擇的理想傳感器。 OEM客戶會發(fā)現(xiàn),通過每個傳感器的條形碼,可以單獨打印每個傳感器的數(shù)據(jù),使用戶可以避免昂貴的氣體校準(zhǔn)程序,還允許對個別傳感器進(jìn)行追蹤。 CO傳感器TGS5042采用的是標(biāo)準(zhǔn)AA電池尺寸的外形設(shè)計。 TGS5042主要應(yīng)用: 住宅與商用一氧化碳檢測儀,工業(yè)一氧化碳監(jiān)控,室內(nèi)停車場通風(fēng)控制,火災(zāi)報警器

3. 溫度傳感器

熱電偶、熱電阻及熱敏電阻溫度傳感器

將兩種不同的金屬材料焊接在一起,當(dāng)兩種不同金屬材料的兩個點(冷端和熱端)存在溫差時,將在金屬材料間產(chǎn)生與溫差成正比的溫差電勢,如將回路閉合,就會形成電流。電阻值與溫度成正比,基于以上原理制成了熱電偶溫度傳感器。

熱電阻溫度傳感器是利用某些金屬材料對溫度的敏感特性而工作的。熱敏電阻溫度傳感器可分為溫度升高時電阻值增大的正溫度系數(shù)型和溫度升高時電阻值減少的負(fù)溫度系數(shù)型,兩者都是利用半導(dǎo)體材料對溫度的敏感特性而實現(xiàn)溫度測量的。

4 開關(guān)量傳感器

煤礦安全生產(chǎn)中,除了對甲烷、一氧化碳和風(fēng)速等進(jìn)行監(jiān)控外,為了隨時全面了解全礦的生產(chǎn)、工作狀況,統(tǒng)計設(shè)備利用率,還要對主要機(jī)電設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

5 觸點傳感器

觸點傳感器是利用接觸器或繼電器的接點來表示開關(guān)狀態(tài)的。接點有常開/常閉之分,還有接點容量大小、耐壓高低等指標(biāo),使用時應(yīng)注意。利用觸點的動作可以反映局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒是否被風(fēng)吹得鼓起,從而判斷局部通風(fēng)機(jī)送風(fēng)狀態(tài)。觸點傳感器的接點簡單、實用,是應(yīng)用較廣泛的傳感器。

6 干簧管傳感器

干簧管是由小玻璃管內(nèi)安裝導(dǎo)磁性能的簧片制作而成。在附近無磁場時,簧片處于接通,當(dāng)有磁場靠近時,簧片被磁化產(chǎn)生磁力,使簧片(也是接點)由閉合轉(zhuǎn)為斷開。干簧管應(yīng)用很廣泛,將干簧管固定在井下風(fēng)門的門框上,在門上安裝一塊永久磁鐵,門在關(guān)閉位置時,干簧接點即可動作。

7 光電傳感器

利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關(guān)信息。用監(jiān)測系統(tǒng)提供的本質(zhì)安全型電源為發(fā)光二極管供電,當(dāng)被控設(shè)備接點動作時,發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光,其光線照射光敏管而使其導(dǎo)通,此光敏管可控制非本安電路的導(dǎo)通和關(guān)斷。

煤礦安全環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要用于測量自然環(huán)境參數(shù),如甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)速風(fēng)向、負(fù)壓、溫度、濕度、粉塵濃度等。



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