CN101139933B - 一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，在仪表内进气口和出气口之间的管路上串装有流量计，在上述管路上还串装有负压补偿电动气泵，在进气口和出气口处管路上分别安装有进气口压力传感器和出气口压力传感器，上述进气口压力传感器、流量计、负压补偿电动气泵、出气口压力传感器串联安装在进气口和出气口之间的管路上，上述进气口压力传感器和出气口压力传感器通过气压信号采集电路与处理控制电路连接，处理控制电路的输出通过驱动电路控制负压补偿电动气泵的电机的转速，实现进气口和出气口之间的气压平衡，从而抵消流量计产生的气流阻力。

Description

一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪
技术领域
本发明涉及一种矿用瓦斯抽放多参数测量仪，属于煤炭、金属等矿井的开采过程中瓦斯气体的测量仪，测量流量、压力等参数。
背景技术
在煤炭、金属等矿井的开采过程中瓦斯气体(主要是甲烷与空气等气体的混合物)是极为危险的，稍有不慎即可引起井下瓦斯爆炸，因此对瓦斯气体的监控是煤碳、金属等矿井安全生产最重要的项目之一。
目前我国对井下瓦斯气体的控制主要采取：在瓦斯高危区采掘面钻孔并安装管道进行抽放。其具体实施是将采掘面均匀的钻孔并安装瓦斯抽放“子”管，而后将多根“子”管汇合并通过一次阀门安装在井下巷道中的瓦斯抽放“母”管上，由一台或多台大功率瓦斯抽放泵抽出直接排放大气或提纯后进行综合利用(天然气能源)，在这一系列的抽放过程中瓦斯气体综合指标的检测同样是非常重要的，第一是为安全生产提供数据参数，第二可以计量抽放量用于数据整理以便瓦斯提纯后做为商品天然气出售。
主抽管也就是“母”管的甲烷浓度、气体流量、气体压力、气体温度等参数的测量是靠安装在主管上的甲烷、流量、压力、温度等各种传感器的不间断在线获得的。而每条支抽放管(“子”管道)也装上这样的在线传感器，从经济性、技术控制的复杂性角度来看都是不现实的。在每个采掘区就有上百根支管，而且支抽放管内部的流量和负压波动范围较大(流量从5～500L/min)，使用现有单一量程的流量传感器是无法精确测量这么宽的流量波动范围的。从技术实现角度上也有一定的复杂性。
便携式的瓦斯抽放多参数测量仪简称瓦斯抽放仪可以测量支管上事先安装好的监测管接头，通过软管将仪器串接在支管上进行测量。待测量结束后，拿开串接在支管上的仪器并恢复原管道的连通，准备对下一根支管测量。在这一系列动作中，由于原支管道断开并串接入瓦斯抽放仪，而原支管断开点的气体阻力与瓦斯抽放仪内部气路的气体阻力是不相同也无法完全相同的，导致在串接瓦斯抽放仪后的支气管流量与未串接瓦斯抽放仪的支气管流量不同，引起仪器测量流量与真实流量有一定的误差。
发明内容
针对上述问题，本发明的任务是提供一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，在测量时用以抵消原支管断开点的气体阻力与瓦斯抽放仪内部气路的气体阻力使仪器测量流量与真实流量尽量相符。
为完成上述任务，本发明的技术方案是：一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，在仪表内进气口和出气口之间的管路上串装有流量计，在上述管路上还串装有负压补偿电动气泵，在进气口和出气口处管路上分别安装有进气口压力传感器和出气口压力传感器，上述进气口压力传感器、流量计、负压补偿电动气泵、出气口压力传感器串联安装在进气口和出气口之间的管路上，上述进气口压力传感器和出气口压力传感器通过气压信号采集电路与处理控制电路连接，处理控制电路的输出通过驱动电路控制负压补偿电动气泵的电机的转速，实现进气口和出气口之间的气压平衡，从而抵消流量计产生的气流阻力；所述的处理控制电路为单片机处理电路；所述气压信号采集电路由一片模拟开关和一片AD转换器组成，模拟开关控制进气口压力传感器和出气口压力传感器的选通，单片机控制模拟开关的切换时间，AD转换器将进气口压力传感器和出气口压力传感器采集的气压模拟信号转换为数字信号输入单片机，处理控制电路采用脉宽调制方式调整气泵电机转速，根据进、出气口气压差的高低输出脉宽不同的方波。
驱动电路由两个三极管构成的开关电路。
本装置在仪表内管路上串装有负压补偿电动气泵和并在进气口和出气口出安装两只压力传感器，两只压力传感器通过气压信号采集电路与处理控制电路连接，处理控制电路的输出通过驱动电路控制气泵的电机转速，实现进气口和出气口之间的气压平衡。本发明可根据仪器设定好的参数与测量气流量的多少而自动进行负压补偿，大大减少了测量通道与实际支管通道中的负压差值，更真实的反应支管气流量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作原理框图；
图3为本发明的电路原理图；
图4为本发明的时序图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明的具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，在仪表6内进气口和出气口之间的管路上串装有流量计2，在上述管路上还串装有负压补偿电动气泵4，在进气口处的管路上安装有进气口压力传感器1(P1)，在出气口处管路上安装有出气口压力传感器5(P2)，进气口压力传感器和出气口压力传感器通过装在电路板3上的气压信号采集电路与处理控制电路连接，处理控制电路的输出通过驱动电路控制气泵的电机的转速，实现进气口和出气口之间的气压平衡，从而抵消仪器产生的气流阻力。硬件电路中，进气口压力传感器和出气口压力传感器P1、P2：选用Honeywell公司出品的ASDX030压力传感器，量程0～30PSI；精度2％Vfss；响应时间8ms；工作温度-20～105℃；输出信号0～4V。气压信号采集电路：由一片4051模拟开关和一片12位AD转换器1241组成。模拟开关控制进气口压力传感器和出气口压力传感器的选通，单片机控制模拟开关的切换时间，AD转换器1241将气压模拟信号转换为数字信号送入单片机。单片机选用AT89C2051，体积小，功能强。采用脉宽调制方式调整气泵电机转速，单片机根据进、出气口气压差的高低输出脉宽不同的方波，通过两个三极管9013和3DD6控制气泵电机电源的通断达到调节气流量的作用。采用直流电机驱动的真空泵，电机供电额定电压9V，电流1A。电源采用3串1.8Ah锂电池供电，电压9～12.6V。
本测量仪测量气路进出气口的气压差，单片机系统可根据进、出气口的气压差控制负压补偿气路的气流量，直至进、出气口的气压相等。
当瓦斯(甲烷)气体由支管进气口流经进气口压力传感器和出气口压力传感器时，进气口压力传感器和出气口压力传感器分别测量出瓦斯气体流量、支气管负压力，这些电信号经过放大、D/A转换，一路传经数据测量显示系统；另一路传经负压补偿电动气泵的处理控制电路，根据仪器测量值自动的调整负压补偿电动气泵的工作电压，使负压补偿电动气泵的转速根据仪器内部进、出气口的负压力差进行变化，负压差增大，负压补偿电动气泵的工作转速也提高，抽气量也随之增大；相反负压差减少，负压补偿电动气泵的工作转速也降低，抽气量也随之减小。可以起到仪器内部进出气口的负压力差近似等于0，从而自动的补偿了抽放气管道中串接仪器所造成的流量损失，使抽放支管道中串接仪器测量时的流量真正近似于抽放支管道中未串接仪器时的原始流量。

Claims (2)

1.一种具有负压补偿功能的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，在仪表内进气口和出气口之间的管路上串装有流量计，其特征在于：在上述管路上还串装有负压补偿电动气泵，在进气口和出气口处管路上分别安装有进气口压力传感器和出气口压力传感器，上述进气口压力传感器、流量计、负压补偿电动气泵、出气口压力传感器串联安装在进气口和出气口之间的管路上，上述进气口压力传感器和出气口压力传感器通过气压信号采集电路与处理控制电路连接，处理控制电路的输出通过驱动电路控制负压补偿电动气泵的电机的转速，实现进气口和出气口之间的气压平衡，从而抵消流量计产生的气流阻力；所述的处理控制电路为单片机处理电路；所述气压信号采集电路由一片模拟开关和一片AD转换器组成，模拟开关控制进气口压力传感器和出气口压力传感器的选通，单片机控制模拟开关的切换时间，AD转换器将进气口压力传感器和出气口压力传感器采集的气压模拟信号转换为数字信号输入单片机，处理控制电路采用脉宽调制方式调整气泵电机转速，根据进、出气口气压差的高低输出脉宽不同的方波。
2.根据权利要求1所述的矿用瓦斯抽放多参数测量仪，其特征在于：驱动电路由两个三极管构成的开关电路。
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