【正文】 ...............................48 串行口中斷服務(wù)程序 ............................................................................48第 6 章 儀器標(biāo)定及主要技術(shù)指標(biāo) .........................................................................51 儀器的標(biāo)定 ....................................................................................................51 儀器的主要技術(shù)指標(biāo) ....................................................................................51 儀器的校正方法 ............................................................................................51結(jié)論 ...........................................................................................................................53V致謝 ...........................................................................................................................54參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................55附錄 1 ........................................................................................................................57附錄 2 ........................................................................................................................63附錄 3 ........................................................................................................................711第 1 章 緒論 瓦斯的介紹瓦斯，說起它的另外一個(gè)名稱沼氣，可能大多數(shù)人就會(huì)明白許多。Gas 的原意就是氣體，包括各種可燃和不可燃?xì)怏w。生活中廣泛用來燒水，做飯，也可以用作照明。 礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。在去年，又接連發(fā)生了多起甲烷爆炸事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過強(qiáng)化甲烷管理，提高通風(fēng)、甲烷監(jiān)測監(jiān)控水平，已經(jīng)成為中小型煤礦甲烷監(jiān)測監(jiān)控的最迫切的任務(wù)之一。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國從八十年代初期開始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如: 國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)理論上講高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過高不適于國內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件,除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外,其它僅具一定的參考價(jià)值。沼氣(瓦斯的俗稱)礦井在我國煤礦生產(chǎn)礦井中所占比重很大，隨著礦井開采強(qiáng)度和深度的增加，沼氣涌出量也在不斷增加，沼氣積聚可能引起沼氣事故，及時(shí)掌握煤礦井下沼氣動(dòng)態(tài)是一件十分重要的工作。鑒于沼氣在礦井中存在的普遍性及其可能造成災(zāi)害的嚴(yán)重性，甲烷濃度檢測儀器在煤礦是數(shù)量最多,使用最普遍的安全檢測儀器，而且也是煤炭系統(tǒng)研制種類最多的儀器，需要說明的是，由于我國煤礦習(xí)慣把甲烷叫做瓦斯，因此檢測甲烷濃度的儀器，有的叫瓦斯檢定器，有的又叫沼氣檢定器。 煤礦安全系統(tǒng)概況煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復(fù)雜，在采掘過程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚(yáng)、自然發(fā)火等都有可能造成嚴(yán)重事故。所有3這些都需要有相應(yīng)的檢測儀器和救護(hù)裝備。1 815年英國人在煤礦井下開始使用安全火焰燈檢測瓦斯。隨著礦井開采深度的增大，機(jī)械化和綜合機(jī)械采煤的普遍推廣，通風(fēng)安全方面問題日益突出。1927 年日本制造成光干涉原理甲烷檢定器，以后又陸續(xù)出現(xiàn)熱導(dǎo)、熱催化原理、氣敏半導(dǎo)體等各種不同原理的甲烷檢定器，其測量精度不斷提高，檢測方式從“間斷” 、 “就地”檢測發(fā)展到“連續(xù)” 、 “集中自動(dòng)”遙測。同時(shí)還能對井下設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在地面中心站一般都配有用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器、控制臺(tái)和模擬盤等。作為間斷方式檢測的攜帶式儀器，也隨著測試技術(shù)的飛速發(fā)展及多功能集成電路的出現(xiàn)，檢測元件的性能不斷提高而實(shí)現(xiàn)了單機(jī)分級報(bào)警，數(shù)碼顯示，自動(dòng)校正，電源監(jiān)視和故障指示等功能。例如美國 MSA公司生產(chǎn)的攜帶式甲烷檢測儀重量只有 ，外形尺寸為146*65*38llmm。解放后，黨和政府對安全工作極為重視，煤礦安全狀況及勞動(dòng)條件得到了很大的改善，通風(fēng)安全儀器從無到有地發(fā)展起來在儀器的研究、生產(chǎn)制造方面，多年來投入了很大的力量，形成了以撫順、重慶、西安、常州、上海等地為中心的安全儀器生產(chǎn)基地，除生產(chǎn)大量的通風(fēng)安全儀器和救護(hù)設(shè)備外，從 1980年起，先后從波蘭、英國、美國和西德等地引進(jìn)了多種形式的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上，我國也研制了一批安全監(jiān)測系統(tǒng)，如常州煤研所的 KJI型，北京長城科學(xué)儀器廠的 KJ4型，重慶煤礦安全儀器廠的TF200型和 AwJ80型，西安儀表廠的 MJC100型，撫順煤礦安全儀器廠的AUI型，總參 6904廠的 WDJl型和鎮(zhèn)江煤礦專用設(shè)備廠的 Al型等安全監(jiān)控系統(tǒng)來裝備礦井。所有這些成就，表明我國的安全監(jiān)測儀器的研制和裝備進(jìn)入了新的水平。4 測量儀器的基本性能 測量儀器的概念煤礦安全儀器是用來檢查測量礦井安全狀況的物質(zhì)手段。在這一過程中,借助于專門的技術(shù)工具,通過實(shí)驗(yàn)方法,求出以所采用的測量單位表示的未知量的數(shù)值大小。例如，在采煤機(jī)上安裝采燈機(jī)瓦斯斷電控制儀。 測量儀器的基本性能評價(jià)測量儀器品質(zhì)的指標(biāo)是多方面的。但工作可靠性、經(jīng)濟(jì)性也很重要，這些因素在很大程度上影響儀器的使用。即對某一穩(wěn)定的被測量在相同的規(guī)定工作條件下，由同一測量者用同一儀器在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)按同一方法連續(xù)重復(fù)測量多次，其測量示值的不一致程度。例如某溫度儀表精密度為 ，意即用該儀表測量溫度時(shí)其不一致程度不會(huì)大于 。（2）準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度是指儀器的示值有規(guī)律地偏離真值大小的程度。精密度高是精度高的必要條件，但并非充分條件。穩(wěn)定性是指儀器的性能在工作條件保持恒定的情況下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持不變的能力。例如，某儀表24小時(shí)內(nèi)示值變化幅度達(dá) ，則該儀表的穩(wěn)定度為 。這是因?yàn)閮x器在校準(zhǔn)時(shí)都規(guī)定有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作條件，但在實(shí)際使用該儀器時(shí)又很難達(dá)到這個(gè)要求。例如某壓力表的溫度影響系數(shù)為 2Pa/℃即溫度每變化 1℃，就會(huì)引起壓力表示值變化 2Pa。它是儀器在穩(wěn)態(tài)下輸入輸出關(guān)系的靜特性曲線上各點(diǎn)的斜率。在非線性特性的儀器中靈敏 S在整個(gè)量程內(nèi)不是常數(shù)。例如，在接收機(jī)中，靈敏度定義為產(chǎn)生具有指定信噪比的輸出信號所需的最小輸入信號。 （2）分辯率如果輸入量從某個(gè)任意非零值慢慢地變化，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，在輸入變化值沒有超過某一數(shù)值之前，儀器示值是不會(huì)變化的，這個(gè)使示值變化的最小輸入變化值叫做儀器的分辯率，也應(yīng)該對示值的變化從量上規(guī)定一個(gè)數(shù)值。（3）線性度線性度用來說明輸出量與輸入量的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度。這樣模擬式儀表的刻度就可以做成均勻的刻度，而數(shù)字式儀表就可以不必采用線性化環(huán)6節(jié)。這種現(xiàn)象是由于儀器元件吸收能量所引起的。 量程 B是指測量上限值與下限值之差，即儀表刻度盤上的上限值 Xmax減去下限值 Xmin，其表達(dá)式為 B=XmaxXmix。但在整個(gè)測量范圍內(nèi)儀表提供被測量信息的可靠程度并不相同，一般在儀表的上、下限值附近的測量誤差較大，故不宜在該區(qū)使用。 可靠性是指儀器對規(guī)定的條件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所要求功能的能力。它是儀器連續(xù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生一次故障的時(shí)間間隔的平均值。 任何工業(yè)產(chǎn)品都要講究經(jīng)濟(jì)性。但是,如果生產(chǎn)出的儀器價(jià)格太高，使用者無力購買，出就談不上發(fā)揮作用。所以,工程檢側(cè)儀器的經(jīng)濟(jì)性也是其重要的指標(biāo)之一。在工程檢測中,應(yīng)該根據(jù)測量的目的，全面考慮測量的可靠性、精度、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)及操作的簡便性，而在科研工作中往往把測量精度放在首位。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分應(yīng)用近年來發(fā)展起來的各種新技術(shù)、新器件、新方法，在保證各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿足系統(tǒng)各方面要求的前提下，力求簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高可靠性和穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)換后電信號的處理，加工 信號的調(diào)制和解調(diào)8數(shù)據(jù)的處理 計(jì)時(shí)（1）產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、生產(chǎn)工藝等要符合國家有關(guān)規(guī)定及煤炭部,地方管理部門的規(guī)定。（3）各項(xiàng)功能要實(shí)用，既要滿足國家和地方的有關(guān)規(guī)定也要考慮用戶的要求。（5）能使用軟件實(shí)現(xiàn)的功能,一般不使用硬件來實(shí)現(xiàn),以減小體積,將成本降至最低。 主要實(shí)現(xiàn)方法 （1）發(fā)送采用調(diào)制解調(diào)方式通訊。（3）軟件使用匯編語言 VB語言。其次，系9統(tǒng)整體設(shè)計(jì)上，著重考慮系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，監(jiān)測的快速和準(zhǔn)確，安裝、維護(hù)的方便和經(jīng)濟(jì)性，操作使用的簡便，少維護(hù)，免培訓(xùn)等。密切結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工作的要求，盡量減少對操作使用人員的專業(yè)技術(shù)水平的依賴。從設(shè)計(jì)階段著手保證產(chǎn)品的可靠性，將可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、工藝、加工等各個(gè)環(huán)節(jié)。 在保證儀器功能的前提下，盡可能降低成本,以軟代硬,化繁為簡。設(shè)計(jì)要從整體出發(fā)，分步、分層實(shí)施，方案要實(shí)際設(shè)計(jì)，制造中盡量采用通用的、有替代產(chǎn)品的元器件及附件。10 課題研究的總體思路加強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性，將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造同現(xiàn)場實(shí)際需要密切結(jié)合起來，整體結(jié)構(gòu)大為簡化，安裝使用簡便，希望使監(jiān)控系統(tǒng)真正成為礦井通風(fēng)管理的得力助手。提高產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用水平和整體質(zhì)量檔次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料適用、工藝安排等方面都努力使產(chǎn)品在技術(shù)上，質(zhì)量上更上一個(gè)新的臺(tái)階。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，堅(jiān)固耐用，校正容易，高低濃度均可測量，還可測量二氧化碳濃度。光學(xué)零件加工復(fù)雜，成本較高和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測較困難。其優(yōu)點(diǎn)是元件和儀器的生產(chǎn)成本低，輸出信號大，對于 1%氣樣，電橋輸出可達(dá) 15mV以上，處理和顯示都比較方便，所以儀器的結(jié)構(gòu)簡單，受背景氣體和溫度變化的影響小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測。目前國內(nèi)外檢測甲烷的儀器廣泛采用這一原理。其優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計(jì)制作比較簡單，成本低、量程大,可連續(xù)檢測,有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙測,被測氣體不發(fā)生物理化學(xué)變化,讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長。 紅外線式是利用甲烷分子能吸收特定波長的紅外線來測定甲烷濃度。其缺點(diǎn)是由于有光電轉(zhuǎn)換精密結(jié)構(gòu)，使制造和保養(yǎng)產(chǎn)生困難，而且體積大，成本高，耗電多，因此推廣使用受到一定限制。這一原理是利用氣敏半導(dǎo)體被加熱到 200℃時(shí)，其表面能夠吸附甲烷而改變其電阻值來檢測甲烷濃度。但當(dāng)濃度大于 1%CH4時(shí)，其反應(yīng)遲鈍，選擇性和線性均較差，所以很少用于煤礦井下甲烷濃度的檢測，而多用于可燃?xì)怏w的檢漏報(bào)警。比較這兩種速度就可測定高濃度甲烷。其缺點(diǎn)是不適合測量低濃度甲烷，一般只用來檢測礦井抽放甲烷管道中的甲烷濃度，對背景氣體、粉塵及氣溫變化很敏感。測量空氣介質(zhì)和被測甲烷中的電流大小，便可測出甲烷濃度。其缺點(diǎn)是測量低濃度甲烷困難，空氣濕度對儀器讀數(shù)有影響，傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 熱催化元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 熱催化元件的結(jié)構(gòu) 載體催化燃燒式傳感器一般被制成一個(gè)便于測量的探頭，探頭可以單獨(dú)設(shè)置，也可以作為一個(gè)獨(dú)立單元裝配在儀器內(nèi)使用。與黑白元件相對應(yīng)，為使電橋在無甲烷狀態(tài)下處于平衡狀態(tài)，橋路內(nèi)裝有調(diào)零電位器 W。13 敏感元件工作原理 黑元件載體催化燃燒式元件，當(dāng)甲烷氣體在元件表面與氧氣產(chǎn)生無焰燃燒時(shí)，電橋失去平衡，輸出一個(gè)電壓信號。但由于它處于與黑元件相同的工作環(huán)境中，所以，對非甲烷濃度變化引起的催化元件阻值變化起補(bǔ)償作用，以提高儀器零點(diǎn)穩(wěn)定性和抗干擾能力。當(dāng)含有甲烷的空氣在高溫和催化劑的作用下，發(fā)生無焰燃燒，而在白元件上則不致使甲烷燃燒，從而使黑元件的溫度比白元件的溫度高，黑元件中的鉑絲既是加熱元件，又是感應(yīng)溫度的熱敏元件，根據(jù)鉑絲的正溫度系數(shù)的特性，溫度升高時(shí)電阻增大，黑元件上的電壓降即增大，電橋失去平衡，輸出一個(gè)電壓信號△U，該電