【正文】 穩(wěn)定恒電勢(shì)作用于傳感電極。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。由于該過程中會(huì)產(chǎn)生電流，電化學(xué)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(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。穿過屏障擴(kuò)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(jī)理或還原機(jī)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(dá)電極表面?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許(一)工作原理電化學(xué)傳感器通過與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作。壓電晶體氣體傳感器的缺點(diǎn)主要是難以克服水蒸氣影響，需要對(duì)溫度和濕度變化進(jìn)行補(bǔ)償。目前，還尚未出現(xiàn)檢測(cè)CH4儀器。如果將振子和振蕩電路連接，通過檢測(cè)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(shí)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(hào)傳輸線、傳感器件、光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)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(cè)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(hào)。 1. 光纖瓦斯傳感器在20世紀(jì)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(dú)特的特點(diǎn)是：（1）靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)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(yuǎn)距離測(cè)量；（3）光纖體積小、重量輕、可彎曲、化學(xué)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(xiǎn)的特殊環(huán)境下也能工作。但也存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，一是選擇性差，尤其是受水蒸氣影響嚴(yán)重，雖然通過添加某些材料或改變反應(yīng)溫度可以適當(dāng)提高氣體檢測(cè)選擇性，但作用不大；二是線性測(cè)量范圍窄，在煤礦是測(cè)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(cè)電阻變化量可以檢測(cè)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(dāng)元件接觸到還原性氣體時(shí)，氣體吸附，吸附分子在表面擴(kuò)散，失去其功能。用于檢測(cè)瓦斯的半導(dǎo)體氣敏元件主要是表面電阻型半導(dǎo)體。當(dāng)氣體接觸到金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管或金屬半導(dǎo)體結(jié)型二級(jí)管時(shí)，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(cè)氣體，并改變半導(dǎo)體表面電位及電導(dǎo)率。在實(shí)際使用中，要注意流速變化對(duì)測(cè)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(duì)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(cè)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(yán)重干擾瓦斯?jié)舛葴y(cè)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(jì)算出來被側(cè)氣體的濃度。兩個(gè)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(cè)爆炸下限瓦斯。例如，瓦斯抽到管道中瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)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(biāo):測(cè)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(cè)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(diǎn),采用嵌入式控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)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(gè)多世紀(jì)，在日本、前蘇聯(lián)、德國及中國都得到了普遍使用。光學(xué)式亦稱為光干涉式。制造廠一般都給出了校準(zhǔn)儀器應(yīng)通入氣室的流量值。因?yàn)檫M(jìn)入檢測(cè)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(cuò)誤判斷。（2）缺氧影響由于缺氧，元件接觸到高濃度瓦斯是會(huì)出現(xiàn)“雙值”現(xiàn)象。出現(xiàn)激活現(xiàn)象后，要及時(shí)用新鮮空氣校準(zhǔn)零點(diǎn)，用甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣樣校準(zhǔn)精度。要解決這些問題，一方面要有針對(duì)性地采取相應(yīng)的改進(jìn)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(shí)間的長短與元件尺寸、制作工藝及氣室設(shè)計(jì)、通氣方式有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了響應(yīng)時(shí)間，連續(xù)式為20s，間斷式為6s。（4）響應(yīng)時(shí)間指瓦斯?jié)舛劝l(fā)生階躍變化時(shí)，電橋輸出信號(hào)值90%的時(shí)間。穩(wěn)定性是催化元件的重要技術(shù)指標(biāo)，穩(wěn)定性好的元件測(cè)量準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移指標(biāo)。6177。測(cè)量范圍%CH40～1＞1～2＞2～4允許誤差絕對(duì)誤差%CH4177。瓦斯在元件上的內(nèi)擴(kuò)散受阻，導(dǎo)致瓦斯?jié)舛茸兓瘯r(shí)元件不響應(yīng)。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者多年理論研究和實(shí)驗(yàn)使用元件的經(jīng)驗(yàn)，影響元件靈敏度的主要因素有以下幾個(gè)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(huì)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(jī)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(shí)又兼做感溫元件，檢測(cè)在催化反應(yīng)中催化外殼溫度的變化。兩個(gè)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(jī)械強(qiáng)度低，由于震動(dòng)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(cè)的準(zhǔn)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(cè)儀器，按檢測(cè)原理分類有：光學(xué)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(chǎng)所、測(cè)量范圍等要求，選擇不同檢測(cè)原理的瓦斯檢測(cè)儀器。檢測(cè)方法有實(shí)驗(yàn)室取樣分析法和井下直接測(cè)量法兩種。甲烷本身無毒，但空氣中甲烷濃度過高時(shí)，相對(duì)降低了空氣的含氧量，對(duì)人有窒息作用?？傊?，煤礦的安全系數(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(duì)煤礦安全生產(chǎn)的管理力度在不斷加強(qiáng)，煤礦生產(chǎn)單位都在進(jìn)行數(shù)字化礦井的建設(shè)和改造，當(dāng)然，這些需要依靠科技進(jìn)步手段提高煤礦整體安全技術(shù)裝備。儀器的測(cè)量范圍寬，為040%CH4。瓦斯傳感器有3個(gè)，其中2個(gè)是高低濃度組合式瓦斯傳感器，分別用掘進(jìn)工作面和回風(fēng)流處，第3個(gè)低濃度瓦斯傳感器裝于串聯(lián)通風(fēng)工作面的入風(fēng)流處。斷點(diǎn)儀輸出信息以載波方式傳輸?shù)降孛娼邮諜C(jī)，接收機(jī)可顯示并記錄瓦斯值。對(duì)傳感器調(diào)試校正時(shí)，主機(jī)自動(dòng)跟蹤，不必另外校正。有固定式和移動(dòng)式兩類，前者用于井下固定地點(diǎn)，后者用于移動(dòng)式設(shè)備。（3）聲光報(bào)警1ｍ處≥85dB,能見度≥20ｍ（4）響應(yīng)時(shí)間≤30ｓ（5）穩(wěn)定性≥7d一、瓦斯報(bào)警斷電儀、瓦斯遙測(cè)報(bào)警斷電儀瓦斯斷電儀是指具備對(duì)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)、顯示和報(bào)警、對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行斷電、閉鎖和復(fù)電功能的設(shè)備。＞～ ≤177。四、對(duì)瓦斯傳感器的技術(shù)要求（1）檢測(cè)范圍及基本誤差(%CH4)0～ ≤177。且其脈沖轉(zhuǎn)換時(shí)間不應(yīng)大于5ms。(1)直流模擬量信號(hào)1～5mA，優(yōu)先選用；4～20mA，限用于地面?！?。=2mA時(shí)，輸出電壓U。為了使傳感器標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，煤炭部對(duì)各種傳感器的輸出信號(hào)及其電平參數(shù)作了統(tǒng)一規(guī)定。三、統(tǒng)一信號(hào)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(cè)量及變換電路測(cè)量及變換電路的作用是對(duì)敏感元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、變換和處理，并輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。④光學(xué)式（光干涉式和紅外吸收式），光干涉式主要檢測(cè)CH4，測(cè)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(cè)量高濃度CH4。煤礦氣體檢測(cè)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?shì)輸出，即直接變換。傳感器主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、測(cè)量及變換電路和電源等組成。一個(gè)簡單的檢測(cè)儀器通常有傳感器、信號(hào)變換電路及電源等部分構(gòu)成。 ( 3 ）采用微型計(jì)算機(jī)（含單片機(jī)）、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(bào)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(yuǎn)程終端一般設(shè)置在礦長及總工辦公室．以便隨時(shí)了解礦井安全及生產(chǎn)狀況。主機(jī)主要用來接收監(jiān)測(cè)信號(hào)、校正、報(bào)警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、磁盤存儲(chǔ)、顯示、聲光報(bào)警、人機(jī)對(duì)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(hào)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(shí)的蓄電池。因此，一般采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1 個(gè)傳感器或1 個(gè)執(zhí)行機(jī)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(yùn)算等簡單的數(shù)據(jù)處理能力、對(duì)傳感器輸人的信號(hào)和主站（或傳輸接口）傳輸來的信號(hào)進(jìn)行處理，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（含聲光報(bào)警及顯示設(shè)備）將控制信號(hào)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(jī)構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機(jī)（含顯示器）、打印機(jī)、模擬盤、多屏幕、UPS 電源、遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)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(jī)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(cè)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(hào)使用一對(duì)電纜芯線接至總控制臺(tái)、總控制臺(tái)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(cè)系統(tǒng)的同時(shí)，為了保證軌道運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸?shù)冗\(yùn)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(shí)時(shí)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(cè)儀之間距離較遠(yuǎn)（可達(dá)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(hù)，斷電儀至遙測(cè)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(hào)電纜（1 芯用作信號(hào)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(hào)傳輸（電壓型、電流型或頻率型）。瓦斯遙測(cè)系統(tǒng)一般由甲烷傳感器、斷電儀、遙測(cè)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(cè)系統(tǒng)發(fā)展而來的。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(cè)管理系統(tǒng)。到了80年代，隨著引進(jìn)消化并進(jìn)一步實(shí)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，在20世紀(jì)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(jìn)行環(huán)境參數(shù)和機(jī)械狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，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(gè)達(dá)到實(shí)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(cè)量儀。從技術(shù)特性來看，其信息傳輸是靠空分制，即一個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)靠一對(duì)電纜來傳輸。同時(shí)，對(duì)石油、化工等爆炸性環(huán)境和其它礦井監(jiān)控具有參考價(jià)值。因此，一般工業(yè)監(jiān)控原理和技術(shù)難以直接運(yùn)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(duì)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(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電、排水、礦山壓力、火災(zāi)、水災(zāi)、煤與瓦斯突出、大型機(jī)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(qiáng)了礦山安全。引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個(gè)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(huì)嚴(yán)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