【正文】 傳感器性能，人們引入了參考電極。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。 通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。穿過屏障擴散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。 氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達電極表面?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許(一)工作原理電化學傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。壓電晶體氣體傳感器的缺點主要是難以克服水蒸氣影響，需要對溫度和濕度變化進行補償。目前，還尚未出現(xiàn)檢測CH4儀器。如果將振子和振蕩電路連接，通過檢測其頻率變化，就可以確定氣體濃度。用壓電材料可以制成壓電晶體振子。這類傳感器是基于壓電材料表面吸附氣體時壓電效應(yīng)發(fā)生變化的原理制成的。一般的光纖傳感系統(tǒng)由光源、信號傳輸線、傳感器件、光電轉(zhuǎn)換及信號處理四部分組成，光作為載波經(jīng)入射光纖傳輸?shù)綒馐遥獠ǖ哪承┨匦詤⒘吭趥鞲蓄^內(nèi)被外界物理參量所控制，含有被調(diào)制信息的光波經(jīng)出射光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)解調(diào)后就能得到被測物理量的大小和狀態(tài)，即與瓦斯?jié)舛扔嘘P(guān)的模擬電壓信號。 1. 光纖瓦斯傳感器在20世紀90年代光纖傳感技術(shù)成為十分引人注目的高技術(shù)傳感分支，光纖傳感器是利用吸收光譜型氣體傳感原理，在性能上完全不同于傳統(tǒng)的瓦斯傳感器，其獨特的特點是：（1）靈敏度高、響應(yīng)速度快、動態(tài)范圍大、防電磁干擾、防爆防燃、不中毒等；（2）光纖傳輸耗損小，可長距離傳輸，適用于遠距離測量；（3）光纖體積小、重量輕、可彎曲、化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有很好的抗電磁干擾和電絕緣性，可在危險的特殊環(huán)境下也能工作。但也存在嚴重缺點，一是選擇性差，尤其是受水蒸氣影響嚴重，雖然通過添加某些材料或改變反應(yīng)溫度可以適當提高氣體檢測選擇性，但作用不大；二是線性測量范圍窄，在煤礦是測量1%CH4以下瓦斯。上述離解反應(yīng)需要活化作用，所以在半導(dǎo)體中應(yīng)加入少量的催化劑。通過電橋檢測電阻變化量可以檢測氣體濃度。吸附分子材料釋放電子，成為正離子吸附，由于向半導(dǎo)體表面輸送電子，元件表面自由電子增加，電導(dǎo)率上升，使半導(dǎo)體電阻下降。當元件接觸到還原性氣體時，氣體吸附，吸附分子在表面擴散，失去其功能。用于檢測瓦斯的半導(dǎo)體氣敏元件主要是表面電阻型半導(dǎo)體。當氣體接觸到金屬氧化物場效應(yīng)管或金屬半導(dǎo)體結(jié)型二級管時，前者的閾值電壓變化，后者的整流特性變化。半導(dǎo)式氣敏元件亦可按電阻式和非電阻式分類。后者一般是易還原的金屬氧化物半導(dǎo)體。體型是利用氣體與半導(dǎo)體作用，使半導(dǎo)體內(nèi)部晶格缺陷變化，導(dǎo)致半導(dǎo)體電導(dǎo)率變化。表面型主要是氧化鋅一類金屬氧化物半導(dǎo)體，在較低溫度下吸附被測氣體，并改變半導(dǎo)體表面電位及電導(dǎo)率。在實際使用中，要注意流速變化對測值的影響。（3） 流速變化的影響氣室內(nèi)的熱交換取決于熱導(dǎo)、熱對流和熱輻射。一方面，氣體熱導(dǎo)率隨溫度增加而增加；另一方面，氣室壁溫度也影響熱絲電阻變化。因此，使用熱導(dǎo)式瓦斯監(jiān)測儀器也要出去二氧化碳和水蒸氣。如果混合氣體中存在二氧化碳和氣體，將嚴重干擾瓦斯?jié)舛葴y量值。但也存在一些問題，使用中應(yīng)注意。將這種溫度變化以電阻值變化的形式提取出來，就可以計算出來被側(cè)氣體的濃度。兩個鉑絲與外部定值電阻結(jié)合形成電橋回路，恒定電流分別流過各鉑絲使之發(fā)熱。目前已有采用半導(dǎo)體熱敏電阻的儀器，可以檢測爆炸下限瓦斯。例如，瓦斯抽到管道中瓦斯?jié)舛鹊臏y定；高瓦斯工作面用的高低濃度瓦斯傳感器。惹到是氣體分析方法是一種基本的方法。主要技術(shù)指標:測量范圍：（0～100）%分化板分辨率：5%刻度盤量程：（0～10）%基本誤差：177。應(yīng)用光干涉原理來測量甲烷濃度,克服了載體催化元件式甲烷傳感器使用壽命短、易中毒、穩(wěn)定性差等缺點,采用嵌入式控制系統(tǒng)對信號進行多重技術(shù)處理和分析,使用壽命超過三年。光干涉式瓦斯檢定器，已經(jīng)在煤礦中使用了半個多世紀，在日本、前蘇聯(lián)、德國及中國都得到了普遍使用。光學式亦稱為光干涉式。制造廠一般都給出了校準儀器應(yīng)通入氣室的流量值。因為進入檢測氣室的氣體流量與催化元件靈敏度有直接關(guān)系。這些都能較好解決雙值性問題。因此，在使用中要特別注意避免因雙值性而做出錯誤判斷。（2）缺氧影響由于缺氧，元件接觸到高濃度瓦斯是會出現(xiàn)“雙值”現(xiàn)象。出現(xiàn)激活現(xiàn)象后，要及時用新鮮空氣校準零點，用甲烷標準氣樣校準精度。要解決這些問題，一方面要有針對性地采取相應(yīng)的改進措施；另一方面要掌握元件特性，做到正確合理使用。響應(yīng)時間的長短與元件尺寸、制作工藝及氣室設(shè)計、通氣方式有關(guān)。標準中規(guī)定了響應(yīng)時間，連續(xù)式為20s，間斷式為6s。（4）響應(yīng)時間指瓦斯?jié)舛劝l(fā)生階躍變化時，電橋輸出信號值90%的時間。穩(wěn)定性是催化元件的重要技術(shù)指標，穩(wěn)定性好的元件測量準確，并可延長儀器調(diào)教周期。由于元件輸出靈敏度的變化可以表征其穩(wěn)定性，因此標準中規(guī)定了零點漂移和靈敏度漂移指標。6177。測量范圍%CH40～1＞1～2＞2～4允許誤差絕對誤差%CH4177。瓦斯在元件上的內(nèi)擴散受阻，導(dǎo)致瓦斯?jié)舛茸兓瘯r元件不響應(yīng)。根據(jù)國內(nèi)外學者多年理論研究和實驗使用元件的經(jīng)驗，影響元件靈敏度的主要因素有以下幾個方面。由于外界環(huán)境影響、使用條件變化及元件自身催化活性的下降，都會使敏感元件靈敏度下降。為了使載體催化反應(yīng)能連續(xù)不斷地在表面上發(fā)生，產(chǎn)物必須連續(xù)不斷地從表面上解析出來。（2）瓦斯作用下催化反應(yīng)機理瓦斯在載體催化元件上的反應(yīng)是一種氣固相催化反應(yīng)過程，即為多相催化，又稱非均相催化。用蒸發(fā)鍍膜或厚膜印制燒結(jié)方法，把鉑加熱器附著在2～3平方毫米的三氧化二鋁基片上，然后在上面涂催化劑，從而構(gòu)成敏感元件。鉑絲線圈用于通電加熱催化外殼，維持瓦斯催化燃燒反應(yīng)所需溫度，同時又兼做感溫元件，檢測在催化反應(yīng)中催化外殼溫度的變化。兩個載體催化元件的結(jié)構(gòu)和尺寸相同。此外，鉑絲催化元件機械強度低，由于震動或自重的影響，其幾何形狀將發(fā)生變化，也要改變傳感器參數(shù)，影響監(jiān)測的準確度。這種催化元件結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，受硫化物中毒影響小。這類氣體傳感器使用的敏感元件，有鉑絲催化元件和載體催化元件兩種。煤礦常用的瓦斯檢測儀器，按檢測原理分類有：光學式、催化燃燒式、熱導(dǎo)式、氣敏半導(dǎo)體式等等，也可以根據(jù)場所、測量范圍等要求，選擇不同檢測原理的瓦斯檢測儀器。檢測方法有實驗室取樣分析法和井下直接測量法兩種。甲烷本身無毒，但空氣中甲烷濃度過高時，相對降低了空氣的含氧量，對人有窒息作用?？傊旱V的安全系數(shù)是與瓦斯的監(jiān)控系統(tǒng)的性能是成正比的。近幾年來，國家對煤礦安全生產(chǎn)的管理力度在不斷加強，煤礦生產(chǎn)單位都在進行數(shù)字化礦井的建設(shè)和改造，當然，這些需要依靠科技進步手段提高煤礦整體安全技術(shù)裝備。儀器的測量范圍寬，為040%CH4。瓦斯傳感器有3個，其中2個是高低濃度組合式瓦斯傳感器，分別用掘進工作面和回風流處，第3個低濃度瓦斯傳感器裝于串聯(lián)通風工作面的入風流處。斷點儀輸出信息以載波方式傳輸?shù)降孛娼邮諜C，接收機可顯示并記錄瓦斯值。對傳感器調(diào)試校正時，主機自動跟蹤，不必另外校正。有固定式和移動式兩類，前者用于井下固定地點，后者用于移動式設(shè)備。（3）聲光報警1ｍ處≥85dB,能見度≥20ｍ（4）響應(yīng)時間≤30ｓ（5）穩(wěn)定性≥7d一、瓦斯報警斷電儀、瓦斯遙測報警斷電儀瓦斯斷電儀是指具備對檢測區(qū)域內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M行檢測、顯示和報警、對被控設(shè)備進行斷電、閉鎖和復(fù)電功能的設(shè)備。＞～ ≤177。四、對瓦斯傳感器的技術(shù)要求（1）檢測范圍及基本誤差(%CH4)0～ ≤177。且其脈沖轉(zhuǎn)換時間不應(yīng)大于5ms。(1)直流模擬量信號1～5mA，優(yōu)先選用；4～20mA，限用于地面?！?。=2mA時，輸出電壓U。為了使傳感器標準化、系列化、通用化，煤炭部對各種傳感器的輸出信號及其電平參數(shù)作了統(tǒng)一規(guī)定。三、統(tǒng)一信號制傳感器的輸出可以是開關(guān)量，也可以是模擬量或累積量。二、測量及變換電路測量及變換電路的作用是對敏感元件輸出的電信號進行放大、變換和處理，并輸出標準信號。④光學式（光干涉式和紅外吸收式），光干涉式主要檢測CH4，測量范圍為數(shù)百ppm～100%（Vol）。②熱傳導(dǎo)式（熱線性、熱敏電阻型），主要用于測量高濃度CH4。煤礦氣體檢測采用的敏感元件主要是氣敏原件，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為干式和濕式兩大類。如熱電偶可將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱葺敵?，即直接變換。傳感器主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、測量及變換電路和電源等組成。一個簡單的檢測儀器通常有傳感器、信號變換電路及電源等部分構(gòu)成。 ( 3 ）采用微型計算機（含單片機）、大規(guī)模集成電路、固態(tài)繼電器及大功率電力電子器件、投影儀、大屏幕、模擬盤、多屏幕、電視墻等，具有彩色顯示、磁盤記錄、打印報表、聯(lián)網(wǎng)等功能。路由器用于企業(yè)網(wǎng)與局域網(wǎng)及電話線人網(wǎng)等協(xié)議轉(zhuǎn)換、安全防范等。管理工作站或遠程終端一般設(shè)置在礦長及總工辦公室．以便隨時了解礦井安全及生產(chǎn)狀況。主機主要用來接收監(jiān)測信號、校正、報警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、控制打印輸出、與管理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接等。主站（或傳輸接口）主要完成地面非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備與井下本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的隔離，主站還具有控制分站的發(fā)送與接收，多路復(fù)用信號的調(diào)制與解調(diào)，系統(tǒng)自檢等功能。電源箱將井下交流電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的本質(zhì)安全型直流電源，并具有維持電網(wǎng)停電后正常供電不小于2 小時的蓄電池。因此，一般采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1 個傳感器或1 個執(zhí)行機構(gòu)使用l 根電纜與分站相連）單向模擬傳輸。分站還具有線性校正、超限判別、邏輯運算等簡單的數(shù)據(jù)處理能力、對傳感器輸人的信號和主站（或傳輸接口）傳輸來的信號進行處理，控制執(zhí)行機構(gòu)工作。執(zhí)行機構(gòu)（含聲光報警及顯示設(shè)備）將控制信號轉(zhuǎn)換為被控物理量，使用礦用電纜與分站相連。這些系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、打印機、模擬盤、多屏幕、UPS 電源、遠程終端、網(wǎng)絡(luò)接口電纜和接線盒等組成。 圖 模擬盤調(diào)度系統(tǒng)礦井監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)的發(fā)展和在煤礦的應(yīng)用，為適應(yīng)機械化采煤的需要，礦井監(jiān)控系統(tǒng)由早期的單一參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展為多參數(shù)單方面監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均采用集中監(jiān)控，每路信號使用一對電纜芯線接至總控制臺、總控制臺使用指示燈顯示設(shè)備狀態(tài)，為形象直觀、常常將設(shè)備圖形等制成背景，在被監(jiān)控的設(shè)備處設(shè)置指示燈，如圖 。在發(fā)展甲烷遙測系統(tǒng)的同時，為了保證軌道運輸、提升運輸、膠帶運輸?shù)冗\輸系統(tǒng)的安全、提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，推廣應(yīng)用了模擬盤調(diào)度系統(tǒng)。記錄儀將甲烷濃度實時記錄下來。斷電儀還兼作電源，將井下電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為斷電儀和傳感器所需的本質(zhì)安全型直流電源。由于斷電儀至遙測儀之間距離較遠（可達10Km ) ，為減少電纜用量，降低系統(tǒng)成本，便于系統(tǒng)安裝與維護，斷電儀至遙測儀之間采用頻分多路復(fù)用，復(fù)用路數(shù)一般為5～10 路。甲烷傳感器至斷電儀最大傳輸距離為1 Km ，采用3 芯或4 芯礦用信號電纜（1 芯用作信號線、1 芯用作地線、1 芯用做斷電儀向傳感器供電），模擬基帶信號傳輸（電壓型、電流型或頻率型）。瓦斯遙測系統(tǒng)一般由甲烷傳感器、斷電儀、遙測儀和記錄儀組成，如圖 所示。早期的礦井監(jiān)控系統(tǒng)礦井監(jiān)控系統(tǒng)是由瓦斯遙測系統(tǒng)發(fā)展而來的。隨著電子技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了KJ90、KJ9KJ10KJF2000、KJKJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系統(tǒng)。到了80年代，隨著引進消化并進一步實現(xiàn)“國產(chǎn)化”，創(chuàng)造了一系列適合我國煤礦條件的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。同時，在20世紀70年代，我國煤礦已經(jīng)采用了多種載波傳輸技術(shù)和模擬顯示進行環(huán)境參數(shù)和機械狀態(tài)的監(jiān)測，用電話來指揮生產(chǎn)。我國催化型瓦斯傳感器的研究工作，最早出現(xiàn)于1958年的山西省，它采用純鉑絲元件為傳感器，后經(jīng)多方協(xié)作研制出我國第一個達到實用水平的載體催化元件，隨后研制成功以這種元件為傳感器的AQR1型瓦斯測量儀。從技術(shù)特性來看，其信息傳輸是靠空分制，即一個測點信號靠一對電纜來傳輸。同時，對石油、化工等爆炸性環(huán)境和其它礦井監(jiān)控具有參考價值。因此，一般工業(yè)監(jiān)控原理和技術(shù)難以直接運用到礦井監(jiān)控系統(tǒng)中。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。世界各主要產(chǎn)煤國對此都十分重視，研制、生產(chǎn)和推廣使用了環(huán)境安全、軌道運輸、膠帶運輸、提升運輸、供電、排水、礦山壓力、火災(zāi)、水災(zāi)、煤與瓦斯突出、大型機電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，增強了礦山安全。引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個條件：一定濃度的甲烷、一定溫度的引火源和足夠的氧氣。瓦斯爆炸不僅造成大量的人員傷亡，而且還會嚴重摧毀礦井設(shè)施、中斷生產(chǎn)。礦井瓦斯不助燃，但它與空氣混合成一定濃度后，遇火能燃燒、爆炸。 　　瓦斯在煤層中的賦存形式主要有兩種狀態(tài)：在滲透空間內(nèi)的瓦斯主要呈自由氣態(tài)，稱為游離瓦斯或自由瓦斯，這種狀態(tài)的瓦斯服從理想氣體狀態(tài)方程；另一種稱為吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒內(nèi)部，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位或煤分子之間的空間。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶