5 矿用传感器矿用传感器5.1 传感器基本知识传感器基本知识矿井安全生产至关重要井下哪些参数需矿井安全生产至关重要井下哪些参数需要监测要监测.怎样利用传感器进行监测怎样利用传感器进行监测5.1.1矿井环境参数的监测矿井环境参数的监测煤矿井下各种有用、有害气体及温度和湿煤矿井下各种有用、有害气体及温度和湿度等参数，都属于环境参数及时掌握这度等参数，都属于环境参数及时掌握这些参数的变化规律，对矿井安全生产是必些参数的变化规律，对矿井安全生产是必不可少的不可少的矿井环境参数是一些非电量的物理量，这矿井环境参数是一些非电量的物理量，这些物理量不宜直接显示、远传、放大和处些物理量不宜直接显示、远传、放大和处理实用中，采用各种传感器将这些非电理实用中，采用各种传感器将这些非电量转换为电量学，再利用各种电子设备和量转换为电量学，再利用各种电子设备和技术手段，进行必要的处理，然后再传输技术手段，进行必要的处理，然后再传输到监控系统中到监控系统中矿井环境参数主要有：甲烷浓度、氧气浓矿井环境参数主要有：甲烷浓度、氧气浓度、粉尘浓度、井巷硐室和工作面温度、度、粉尘浓度、井巷硐室和工作面温度、风量与负压、一氧化碳、二氧化碳、二氧风量与负压、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和硫化氢等。
还有顶板活动状态、地化硫和硫化氢等还有顶板活动状态、地层构造、水文情况等层构造、水文情况等这些环境参数都与井下安全生产息息相关，这些环境参数都与井下安全生产息息相关，必须纳入安全监控系统，实行实时有效地必须纳入安全监控系统，实行实时有效地监控 5.1.3传感器基本概念传感器基本概念5.1.3.1 传感器传感器传感器是将被测物理量传输或转换为同种传感器是将被测物理量传输或转换为同种或别种物理量的检测装置因此，有时把或别种物理量的检测装置因此，有时把传感器称为变换器或换能器传感器称为变换器或换能器5.1.3.2 传感器的组成传感器的组成传感器一般有检测变换元件、参数处理电传感器一般有检测变换元件、参数处理电路、显示装置、传输信号接口等单元组成路、显示装置、传输信号接口等单元组成通常都需要有电源参与，如图所示通常都需要有电源参与，如图所示接1.检测、变换元件检测、变换元件 直接触及和感受被测物理量的元件，其直接触及和感受被测物理量的元件，其输出信号与被测参数构成某种确定的关系，输出信号与被测参数构成某种确定的关系，并以所输出的信号表示被测参数的实际量并以所输出的信号表示被测参数的实际量值和状态。
检测、变换元件按变换方式可值和状态检测、变换元件按变换方式可分为直接变换和间接变换两种分为直接变换和间接变换两种1）直接变换式将检测到的非电量直接变）直接变换式将检测到的非电量直接变换为电量输出的，称为直接变换式检测元换为电量输出的，称为直接变换式检测元件如：热电阻可将温度变成电阻信号，件如：热电阻可将温度变成电阻信号，热电偶可将温度直接变换为电压信号等等热电偶可将温度直接变换为电压信号等等2）间接变换式输入为非电量而输出仍然）间接变换式输入为非电量而输出仍然是非电量，只有再经变换才能获得电量信是非电量，只有再经变换才能获得电量信号，称为间接变换式检测元件如：井下号，称为间接变换式检测元件如：井下测压用的差压膜盒式传感器，以及膜片或测压用的差压膜盒式传感器，以及膜片或波纹管，它是先将压力数据变换为位移值，波纹管，它是先将压力数据变换为位移值，之后再将位移值信号变换为电量输出之后再将位移值信号变换为电量输出2.参数调节电路参数调节电路 检测元件输出的信号较小，不能直接推检测元件输出的信号较小，不能直接推动显示器或执行机构需经调节电路处理动显示器或执行机构需经调节电路处理后，才能送入显示或执行单元。
后，才能送入显示或执行单元 常用的调节电路包括：电桥电路、激励常用的调节电路包括：电桥电路、激励原、放大、滤波、隔离、线性化、阻抗变原、放大、滤波、隔离、线性化、阻抗变换、电平变换以及各种类型的计算处理等换、电平变换以及各种类型的计算处理等单元电路组成单元电路组成3.显示器显示器1）指示式显示器又称模拟显示器，被测量）指示式显示器又称模拟显示器，被测量值的大小用标尺、指针等指示出来有的值的大小用标尺、指针等指示出来有的还带有绘图机构，能将被测量的数值以曲还带有绘图机构，能将被测量的数值以曲线形式绘制出来线形式绘制出来2）数字显示多用液晶或数码管显示如：）数字显示多用液晶或数码管显示如：用七段数码管显示甲烷或一氧化碳浓度等用七段数码管显示甲烷或一氧化碳浓度等还可附有打印机打印数据，直至与计算机还可附有打印机打印数据，直至与计算机联用3）屏幕显示器这是靠电视屏幕显示被测）屏幕显示器这是靠电视屏幕显示被测量数值的装置，可以同时显示多个被测量量数值的装置，可以同时显示多个被测量值及其变化规律（曲线或表格），非常有值及其变化规律（曲线或表格），非常有利于被测量值的比较和分析利于被测量值的比较和分析。
4.传输信道传输信道 各种传感器采集到的数据，需经电缆或各种传感器采集到的数据，需经电缆或光缆等传输媒体传送到监控系统的各个环光缆等传输媒体传送到监控系统的各个环节这些数据通常是以电压、电流或频率节这些数据通常是以电压、电流或频率等信号的形式被传送的为防止传送信号等信号的形式被传送的为防止传送信号过程中的干扰，现代监控系统中多采用抗过程中的干扰，现代监控系统中多采用抗干扰能力强的数字信号进行传输干扰能力强的数字信号进行传输 传输信道对传输信号影响较大，因此，传输信道对传输信号影响较大，因此，在选择信道有关参数时，要匹配得当，否在选择信道有关参数时，要匹配得当，否则，可能会导致信号失真和灵敏度降低等则，可能会导致信号失真和灵敏度降低等严重故障严重故障5.1.4传感器的主要技术指标传感器的主要技术指标5.1.4.1精度精度 由于任何实际的传感器都存在测量误差，由于任何实际的传感器都存在测量误差，故其测量值只能是被测物理量近似值为故其测量值只能是被测物理量近似值为衡量传感器测量值和被测物理量真实值的衡量传感器测量值和被测物理量真实值的接近程度，引入了精度概念接近程度，引入了精度概念 精度包括精密度和精确度两个概念。
随机精度包括精密度和精确度两个概念随机误差是衡量精密度的标志系统误差则是误差是衡量精密度的标志系统误差则是衡量准确度的标志精度高的传感器，其衡量准确度的标志精度高的传感器，其测量值与真实值的接近程度越好测量值与真实值的接近程度越好5.1.4.2量程（测量范围）量程（测量范围） 量程是指传感器在不超过规定精确度时量程是指传感器在不超过规定精确度时的测量范围也可用传感器允许测量值的的测量范围也可用传感器允许测量值的上、下限末表示如：低浓度甲烷传感器上、下限末表示如：低浓度甲烷传感器的量程为的量程为04.0%，风速传感器的量程为，风速传感器的量程为0.315M/S等使用时，测量值不得超过量等使用时，测量值不得超过量程范围否则，会产生较大测量误差，甚程范围否则，会产生较大测量误差，甚至损坏传感器至损坏传感器5.1.4.3迟滞（也称回差）迟滞（也称回差） 受物理惯性等原因影响，传感器在输入量受物理惯性等原因影响，传感器在输入量X增大（正行程）或减小（反行程）时，对增大（正行程）或减小（反行程）时，对应同一输入值的输出值是不同的为表示应同一输入值的输出值是不同的为表示同一个输入值所对应的上、下两行程测量同一个输入值所对应的上、下两行程测量值曲线的不重合程度。
引入了迟滞这一概值曲线的不重合程度引入了迟滞这一概念 5.1.4.4重复性重复性 在相同测试条件下，按同一方向（正行程在相同测试条件下，按同一方向（正行程或反行程）连续多次检验时，其多次检验或反行程）连续多次检验时，其多次检验出的多个输出值相互间的一致程度，称为出的多个输出值相互间的一致程度，称为传感器的重复性传感器的重复性 5.1.4.5线性度线性度 理想的传感器，其输入和输出之间应是线理想的传感器，其输入和输出之间应是线性关系但实用中的传感器，输入和输出性关系但实用中的传感器，输入和输出之间不是理想的直线，而是一条变化程度之间不是理想的直线，而是一条变化程度不同的曲线不同的曲线 5.1.4.6敏感度敏感度 敏感度反映传感器对被测物理量的变化程敏感度反映传感器对被测物理量的变化程度 5.1.4.7分辨率、阈值和过载分辨率、阈值和过载 传感器能够检测出被测信号的最小增量，传感器能够检测出被测信号的最小增量，称为该传感器的分辨率如：某温度传感称为该传感器的分辨率如：某温度传感器量程是器量程是-5099.9，其分辨率是，其分辨率是0.1阈值：能引起传感器输出的被测物理量最阈值：能引起传感器输出的被测物理量最小变化值，称为传感器的阈值。
小变化值，称为传感器的阈值过载：在不致引起规定性能指标永久改变过载：在不致引起规定性能指标永久改变的前提下，允许传感器超过测量范围的能的前提下，允许传感器超过测量范围的能力，称为过载力，称为过载 5.1.4.8漂移漂移 传感器输入传感器输入/输出特性，随某些外界因素输出特性，随某些外界因素影响而出现缓慢变化的现象，称为飘移影响而出现缓慢变化的现象，称为飘移对于采用电桥电路的传感器，零点飘移是对于采用电桥电路的传感器，零点飘移是仪器主要性能指标之一仪器主要性能指标之一5.1.4.9传递滞后时间（时滞）传递滞后时间（时滞） 从输入信号发生变化的瞬间开始到所引起从输入信号发生变化的瞬间开始到所引起的输出量变化瞬间为止，这段时间间隔叫的输出量变化瞬间为止，这段时间间隔叫时滞在时滞阶段，动态误差最大，并一时滞在时滞阶段，动态误差最大，并一直持续到时滞结束，因此，时滞值越小越直持续到时滞结束，因此，时滞值越小越好 甲烷传感器的响应时间较长，它的时滞值甲烷传感器的响应时间较长，它的时滞值就大，有时甚至达到安全监控指标不允许就大，有时甚至达到安全监控指标不允许的状况5.1.5传感器的供电方式传感器的供电方式 矿用传感器经历了蓄电池或干电池供电，矿用传感器经历了蓄电池或干电池供电，以及自带整流器供电等几种供电方式，经以及自带整流器供电等几种供电方式，经实践证明，都存在某些缺陷。
到目前为止，实践证明，都存在某些缺陷到目前为止，大部分监控系统，都采用由分站中专为传大部分监控系统，都采用由分站中专为传感器的供电而设置的稳压型或恒流型直流感器的供电而设置的稳压型或恒流型直流电源供电为保证可靠供电，电源供电为保证可靠供电，规程规程规规定，在各种供电电源装置中，必须设置能定，在各种供电电源装置中，必须设置能满足当井下交流电停电时，能保证传感器满足当井下交流电停电时，能保证传感器持续工作持续工作2小时的备用蓄电池电源小时的备用蓄电池电源 由于为传感器供电的电源是本安电源，其由于为传感器供电的电源是本安电源，其输出功率受本安指标上限值的限制，不能输出功率受本安指标上限值的限制，不能突破因此，实际工作中存在一些不好解突破因此，实际工作中存在一些不好解决的问题决的问题 经安全监控培训班问卷调查，各局、矿提经安全监控培训班问卷调查，各局、矿提出的问题是：传感器的供电距离问题出的问题是：传感器的供电距离问题 监控系统生产厂家使用说明书中保证，传监控系统生产厂家使用说明书中保证，传感器供电距离为感器供电距离为2KM实际使用中达不到实际使用中达不到2KM就不能正常工作了就不能正常工作了。
此种现象的出现，如果传输电缆截面和导此种现象的出现，如果传输电缆截面和导线材质无问题，则可能因素是：线材质无问题，则可能因素是：1）传输电缆接头太多，或接头接触电阻太）传输电缆接头太多，或接头接触电阻太大大2）稳压电源的输出电压，低于规定值稳压电源的输出电压，低于规定值3）传感器因为内部发生故障（如元件损坏）。