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1、3 矿用传感器简介煤矿中应用的传感器现状煤矿中应用的传感器现状煤矿中应用的传感器发展煤矿中应用的传感器发展检测瓦斯含量的方法检测瓦斯含量的方法 采掘机械化方面 随着综综采机械化的发发展，目前综综采程度已达43%以上，电牵电牵 引采煤面已投入使用。综综采设设备电备电 气控制与检测较检测较 普遍采用电压电压 、电电流检测检测。少数采煤机具备备速度、功率、油温的传传感器及其检侧检侧 器。矿用传感器现状 矿矿山固定设备设备 方面提升安全运行，以微机为为核心的提升机后备备保护护装置的开发发得到迅速发发展，提升机控制使用了行程位置传传感器、提升机深度指示器、提升机过过卷保护护器、电电压压、电电流变变送器、
2、功率变变送器、防爆磁性开关等。风风机、水泵泵微机监测监测 系统统和压风压风 机自动动化监测监测 系统统已投入使用。目前使用的传传感器有:电压电压 、电电流功率变变送器、负压负压、风风速、转转速、水泵泵效率检测检测 、水仓仓水位、压压力、二级级排气温度定点式、风风包定点、轴轴承定点式温度、自动风门传动风门传 感器等。矿矿用传传感器现现状 煤矿电矿电 力调调度监监控系统统方面 目前使用的传传感器有:电压电压 、电电流变变送器、有功功率变变送器、功率因数传传感器。矿用传感器现状 矿矿井环环境、生产监测产监测 、监监控系统统方面 传传感器是实现实现 煤矿矿安全生产设备产设备 自动动化必不可少的部份。监
3、测监监测监 控系统统的传传感器齐齐全程度及系列产产品已具备备相当水平，井下机电设备电设备 开/停检测检测 ，由称重传传感器、测测速传传感器等组组成的矿矿用微机皮带带秤，监监测测料仓仓料位的超声波料位计计，本安电电容液位计计，使用于机电设备电设备 外壳温度检测检测 的温度传传感器、环环境温度、高低浓浓度瓦斯、水压压、超声风风速、供电电状态态、馈电馈电 开关、超声计计数、一氧化碳、二氧化碳、氧气、负压负压 、烟雾雾、风门风门 开关等几十种传传感器。矿用传感器现状 矿矿并运输输自动动化方面 我国井下主煤运输还输还 是以轨轨道运输为输为 主，矿矿用电电机车车行车车安全检测检测 装置中使用了速度、里程累
4、计计、电电池容量、电电池电压电压 、超速报报警、架线电压监测线电压监测 等传传感器。80年代以后，随着工作面产产量日益增加，在一些大中型矿矿井中主煤运输输逐步被胶带输带输 送机所代替，备备有打滑、跑偏、断带带、纵纵撕、物料探测测、堆煤、烟雾雾、温度(轴轴承、环环境)、速度、防尘尘洒水、灭灭火洒水等门类门类齐齐全的保护护装置，真空开关过过流过压过压 保护护、沿线紧线紧 急闭锁闭锁 保护护、电电机电电流检测检测 等功能，选选配有超声料位计计、电电子胶带带秤或核子胶带带秤等设备设备 ，并有多种故障保护护功能。每种传传感器都有相应应的开关量或模拟拟量输输出，使系统统功能更加完善。矿用传感器现状矿用传感
5、器发展 举举例 采煤机机组组位置检测传检测传 感器，采用微机芯片后，不仅仅可检测检测 机组组位置，还还可显显示走行方向、走行速度、每班的割煤量等； 胶带电带电 子秤除单单一显显示累计计运输输量外，还还可显显示瞬时时运量、最大运量、平均运量，自动动校正自重减少计计量误误差； 煤仓仓超声波料位计计增加，排除干扰扰信号、进进行各种参数的修正，并可自动报动报 警，一台主机可带带多个探头头等功能； 提升机的行程位置传传感器不但显显示箕斗的位置，还还可计计算出箕斗的运行速度，根据给给定的速度运行图图，自动调节动调节 运行速度以达到缩缩短运行周期，提高运量并能自动动运行准确停车车的效果。 电电参数智能化传传
6、感器不仅仅可测测出电电流、电压电压 、有功功率、无功功率，还还可提供短路、过载过载 ，断相以及相位保护护等；即使是一台简单简单 的速度传传感器，智能化后便可测测运转转周期、累计转计转 数并且大大扩扩展了测测量范围围。矿用传感器发展 矿矿用传传感器应应提供新品、产产品系列化、高功能、智能化等来满满足发发展的需要，与煤矿矿重要的机电设备电设备 有机结结合形成新一代的机电电一体化的产产品。例如：采煤机，配双向倾倾抖度、煤岩分界、油量、油压压、油温、轴轴承温度、电电流、电压电压 、振动动等，并与微机组组成健康检测检测 及故障诊诊断使采煤机更新换换代。同样对样对 液压压支架、运输输机、转载转载 机等进进
7、行开发发，使工作面顺顺槽控制得以实实现现。矿用传感器发展机器人开发发煤炭工业业是多种技术综术综 合应应用的行业业，工种多且作业业复杂杂，可供选择选择 机器人作为为开发发的目标产标产 品，其选择选择范围宽围宽 ，自由度大，如掘进进、采煤、凿凿岩、支护喷浆护喷浆 、水采、消防、救灾等机器人。机器人开发发特点不表现现在机械本身，而主要是完善的传传感器及完整的软软硬件，实现实现 井下无人采煤要研制在规规律和不稳稳定煤层层中制导导机器的传传感器。机器人内部传传感器是用于检测对检测对 象和作业环业环 境，需要使用各门类门类 各品种传传感器、如加速度、速度、线线位移、角位移等内部传传感器，视觉视觉 、听觉觉
8、等非接触外部传传感器，接触、压觉压觉 、滑觉觉、硬觉觉等接触外部传传感器。矿用传感器发展 总的途径和趋势:高精度、微型化、集成化、数字化、智能化。高精度 为为了提高煤矿环矿环 境的测测控精度，必须须使传传感器的精度尽可能地高，例如CO传传感器，希望测试测试 精度能优优于l，风风速传传感器的精度要求优优于2。 微型化 微型化传传感器主要由硅材料构成,具有体积积小、重量轻轻、反应应快、灵敏度高以及成本低等优优点。其核心技术术是研究微电电子和微机械加工与封装技术术的巧妙结结合, 期望能够够由此而制造出体积积小巧但功能强大的新型系统统。它对对于经经常变换变换 作业场业场 所的煤炭企业业，易于搬迁、移动
9、动，更具特殊意义义。矿用传感器发展 集成化 两个含义义：第一是将传传感器与放大器、检测电检测电 路等集成在同一芯片上 既减小体积积，又增加抗干扰扰能力。第二是将同一类传类传 感器集成在同一芯片上构成多功能传传感器，它可以同时测时测 量煤壁、顶顶底板等表面状况。 数字化 数字化对对数字式传传感器的研究是很重要的，它可以使传传感器直接与计计算机联联机。矿用传感器发展 智能化 定义义：指那些装有微处处理器的，不但能够执够执 行信息处处理和信息存储储，而且还还能够进够进 行逻辑逻辑 思考和结论结论 判断的传传感器系统统。 这这一类传类传 感器就相当于是微型机与传传感器的综综合体一样样，其主要组组成部分
10、包括主传传感器、辅辅助传传感器及微型机的硬件设备设备 。如智能化压压力传传感器，主传传感器为为压压力传传感器，用来探测压测压 力参数，辅辅助传传感器通常为为温度传传感器和环环境压压力传传感器。 采用这这种技术时术时 可以方便地调节调节 和校正由于温度的变变化而导导致的测测量误误差，硬件系统统除了能够对传够对传 感器的弱输输出信号进进行放大、处处理和存储储外，还执还执 行与计计算机之间间的通信联络联络 。矿用传感器发展 热导法 光干涉法（重点掌握） 红外光谱系数法 超声波测量法 气敏半导体法 热载体催化元件（重点掌握）检测瓦斯含量的方法 原理热导热导 率是组组成混合气体的成分及各成分所占百分比的
11、函数。因此，测测出气体的热导热导 率就可以确定混合气体的成分。按此原理就可测测量井下气体中CH4的含量。检测瓦斯含量的方法热导法 缺点 （1）待测测气体的热导热导 率与空气的热导热导 率相差越远远，得到的信号就越强。瓦斯的热导热导 率近似为为空气热导热导 率的1.3倍，两者悬悬殊不大，因此用热导热导 法测测量低浓浓度瓦斯，传传感器输输出的信号很小，测测量误误差相应应增加。（2）热导仪热导仪 器的零点漂移严严重，也不适宜测测量低浓浓度瓦斯。一般情况下，热导仪热导仪 器常与载载体催化型仪仪器配套使用，用来测测量%100%CH4的高浓浓度瓦斯。检测瓦斯含量的方法热导法 原理利用瓦斯与空气对对光线线的
12、折射率不同而制成。检测瓦斯含量的方法光干涉法 由光源1发发出的光，经经聚光镜镜2和狭缝缝3到达平面镜镜4，并经经其反射与折射形成两束光，分别别通过过空气室5和甲烷烷室6，再经经折射棱镜镜7折射后，两束光经经平面镜镜4反射，一同进进入反射棱镜镜8，再反射给给望远镜远镜 系统统9。在物镜镜的焦平面上产产生干涉条纹纹。检测检测 瓦斯含量的方法光干涉法 工作原理：当甲烷烷室与空气室同时时充入空气时时，两束光所经过经过 的光程相同，则则干涉条纹纹不产产生移动动。如改变变在甲烷烷室中的气体成分、温度或压压力，则则因折射率改变变，光程也随之改变变，干涉条纹纹便会发发生移动动。当两室温度和压压力相等时时，干涉
13、条纹纹的移动动量与甲烷浓烷浓度成正比。测测量这这个移动动量，便可测测定空气中的甲烷烷含量。检测瓦斯含量的方法光干涉法 优优点 安全可靠、操作简单简单 、测测量范围围广（010%或0100%），成为为我国矿矿井安全检查员检查员 必备备的仪仪器之一。 缺点 很难难把光干涉信号进进一步转换转换 成电电信号，无法与监监控系统连续实现统连续实现 遥测测，只能用于个人携带带； 当待测测气体中其他成分气体的百分比变变化时时，光干涉条纹纹位置也会变变化，形成较较大的测测量误误差。检测检测 瓦斯含量的方法光干涉法 原理每种气体对红对红 外区域的光波都有一个或多个吸收谱线谱线 ，甲烷烷的吸收谱线谱线是3.39m，
14、用氦氖氖激光器可以获获得稳稳定的3.39红红外激光。当激光穿过过瓦斯气体时时，将被瓦斯吸收，使光强度减弱，根据光强度的变变化情况就可反映出瓦斯含量。检测瓦斯含量的方法红外光谱系数法GJG40H（A）型红红外甲烷传烷传 感器 原理每种气体对红对红 外区域的光波都有一个或多个吸收谱线谱线，甲烷烷的吸收谱线谱线 是3.39m，用氦氖氖激光器可以获获得稳稳定的3.39红红外激光。当激光穿过过瓦斯气体时时，将被瓦斯吸收，使光强度减弱，根据光强度的变变化情况就可反映出瓦斯含量。 优优点激光瓦斯测测量仪仪器有很高的灵敏度和选择选择 性，受气体中其他气体成分变变化的影响小，测测量的准确度高。 缺点只适用于实验
15、实验 室使用。因为为激光管电压电压 很高，设备设备 复杂杂，在井下使用有一定的困难难。检测瓦斯含量的方法红外光谱系数法 原理根据超声波在不同气体中传传播的速度不同的原理制成。在常温常压压下，声波在气体中传传播的速度为为标标准气体的分子量是29，CH4的分子量是16，根据超声波穿过过气样样后速度的变变化就可测测出气样样中瓦斯的含量。检测瓦斯含量的方法超声波测量法K是常数；M是气体的分子量 缺点 对对低浓浓度瓦斯不灵敏。因此，这类仪这类仪 器主要在瓦斯抽放管道或高浓浓度瓦斯检测检测中使用。检测瓦斯含量的方法超声波测量法 原理某些金属氧化物（如SiO2及ZnO等）在600左右的温度下，吸附不同的气体
16、后电电阻发发生变变化，利用这这一原理可实现实现 瓦斯浓浓度的测测量。 优优点制造简单简单 ，使用方便 缺点元件的稳稳定性和选择选择 性差，对对气体的分辨力弱。检测检测 瓦斯含量的方法气敏半导导体 原理 元件内部以铂丝为铂丝为 核心，外部以氧化铝为载铝为载 体，载载体上涂有催化剂剂，当铂丝铂丝 通过过一定的电电流且元件处处于含有瓦斯的气体中时时，表面会产产生无焰燃烧烧，使铂丝铂丝 因温度升高而增加，实现对实现对 瓦斯的检测检测 。目前，低浓浓度甲烷传烷传 感器均采用这这种方法。检测检测 瓦斯含量的方法热载热载 体催化元件 几个概念 白元件：因氧化铝铝呈白色，习惯习惯 上称为为白元件； 黑元件：载载体上涂以由活性组组分钯钯、铂铂配制而成的催化剂剂，由于催化剂剂呈棕黑色，习惯习惯 上称之为为黑元件。 没有涂催化剂剂的元件称之为补偿为补偿 元件或载载体元件。检测检测 瓦斯含量的方法热载热载 体催化元件 铂丝铂丝 催化元件的特点既是催化剂剂，又是加热热器，同时时又是感温元件。优优点：结结构简单简单 ；稳稳定性好；受硫化物中毒影响小。缺点：催化活性低，工作温度9001000,升华华严严重，电电阻增
