煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術中涉及哪些傳感器和在線監(jiān)測系統(tǒng)？

 

 

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，國家對企業(yè)安全生產(chǎn)的要求也在不斷提高，尤其是像煤礦這樣的高危行業(yè)。近年來，煤礦企業(yè)逐步平衡生產(chǎn)與安全的關系，安全生產(chǎn)管理體系逐步完善，人民生命財產(chǎn)安全得到保障，生產(chǎn)水平不斷提高。當然，高效的生產(chǎn)效率與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)密切相關。隨著井下工作面深度的不斷發(fā)展，安全監(jiān)測必不可少。

 

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、傳輸線、解調(diào)器、計算機、調(diào)度顯示盤等組成。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、微電子技術的不斷發(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。其典型結構如圖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)境和設備參數(shù)的關鍵技術和產(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、風速、負壓、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，以及機電設備開停、機電設備饋電狀態(tài)、風門開關狀態(tài)等開關量傳感器。以上傳感器的開發(fā)和應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、風量與負壓、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、運輸、及通風等各系統(tǒng)的運行及相關設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)有風筒風量、風門開關、輸送帶開停、煤倉煤位、采煤機組位置、排水系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、主要通風機工作狀態(tài)等工況參數(shù)。

 

傳感器一般由敏感元件、轉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、風電瓦斯閉鎖裝置、斷電儀等設備，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原理，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋，當遇到可燃性氣體時，可燃氣體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升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體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式一氧化碳傳感器。

 

電化學一氧化碳傳感器，同時也是一種微燃料電池元件，對檢測氣體以恒定電位，作電化學性氧化還原反應，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，則電解液中的負離子移向工作電極，正離子移向對電極。此時，被測氣體擴散到工作電極上，在催化劑作用下產(chǎn)生電化學反應釋放出電荷，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原理的傳感器，具有反應迅速靈敏、抗干擾能力強的特點，經(jīng)過獨有的補償算法、多段標準氣體標定，亦具有長壽命、高精度、高重復性和高穩(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是電化學原理的傳感器，電化學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，汽車等領域。

 

Alphasense一氧化碳傳感器CO-AM使用成熟的燃料電池技術，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)等領域。

 

CO-BF一氧化碳傳感器是電化學原理的傳感器，電化學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，汽車等領域。

 

TGS5042是費加羅研發(fā)的可電池驅動的電化學一氧化碳傳感器，與現(xiàn)有的電化學式傳感器相比，有以下優(yōu)勢：電解質是環(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程序，還允許對個別傳感器進行追蹤。 CO傳感器TGS5042采用的是標準AA電池尺寸的外形設計。 TGS5042主要應用: 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)停車場通風控制，火災報警器

 

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溫度系數(shù)型，兩者都是利用半導體材料對溫度的敏感特性而實現(xiàn)溫度測量的。

 

4 開關量傳感器

 

煤礦安全生產(chǎn)中，除了對甲烷、一氧化碳和風速等進行監(jiān)控外，為了隨時全面了解全礦的生產(chǎn)、工作狀況，統(tǒng)計設備利用率，還要對主要機電設備的運轉狀態(tài)、風門狀態(tài)進行監(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，使用時應注意。利用觸點的動作可以反映局部通風機風筒是否被風吹得鼓起，從而判斷局部通風機送風狀態(tài)。觸點傳感器的接點簡單、實用，是應用較廣泛的傳感器。

 

6 干簧管傳感器

 

干簧管是由小玻璃管內(nèi)安裝導磁性能的簧片制作而成。在附近無磁場時，簧片處于接通，當有磁場靠近時，簧片被磁化產(chǎn)生磁力，使簧片（也是接點）由閉合轉為斷開。干簧管應用很廣泛，將干簧管固定在井下風門的門框上，在門上安裝一塊永久磁鐵，門在關閉位置時，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信息。用監(jiān)測系統(tǒng)提供的本質安全型電源為發(fā)光二極管供電，當被控設備接點動作時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，其光線照射光敏管而使其導通，此光敏管可控制非本安電路的導通和關斷。

 

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、風速風向、負壓、溫度、濕度、粉塵濃度等。

 

8 煤礦防爆油液在線監(jiān)測系統(tǒng)

 

煤礦底部的挖煤機的正常運轉也是也是煤礦安全監(jiān)測的一個重點。設備上的油液是否正常又關乎機器的安全。煤礦防爆型油液在線監(jiān)測系統(tǒng)就是運用不同的油液在線傳感器，采用合理的布局及安裝方式將其串聯(lián)在一起，并實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的集成、顯示、分析及報警設置，實現(xiàn)油液在線監(jiān)測，數(shù)據(jù)遠程報警、數(shù)據(jù)分析、故障診斷等。

 

煤礦防爆型油液在線監(jiān)測系統(tǒng)集理化、污染度等多參數(shù)傳感器監(jiān)測于一體，通過內(nèi)部系統(tǒng)集成，監(jiān)測油液旁路取樣流經(jīng)測試單元后回流到油箱。多個測試單元獨立形成子系統(tǒng)，完成本測試單元的信號采集、通過內(nèi)部系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)標定、可靠性測試等實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

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