CN203148928U - 煤矿管道用甲烷传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿管道用甲烷传感器，应用于煤矿安全领域，其结构主要包括：不锈钢外壳，壳盖，管道气体取样头，气室，主控板，显示器，蜂鸣器，报警灯及航空插头等，主控板上设有甲烷气体检测电路，采用热导方式对矿井管道4.00-100.00%浓度范围的甲烷气体进行检测，敏感探头安装在高性能管道气体取样头保护的气室内，可以应对矿井下各种恶劣的环境，保证检测的准确性及报警的及时性；本实用新型管道用甲烷传感器，能够有效应对矿井下恶劣的环境，实现对管道内甲烷气体的连续实时检测，具有灵敏度高、准确性好、检测范围宽、抗干扰能力强及操作方便的特点，并且发生故障时不会影响其他传感器的正常工作。

Description

煤矿管道用甲烷传感器

技术领域

本实用新型涉及一种气体检测传感器，应用于对煤矿管道内甲烷气体连续实时的检测，当甲烷浓度超过预设的报警点时实现声光报警，并启动断电器，有效的保障了井下作业安全。 

背景技术

我国能源结构以煤炭为主体，2012年消耗的煤炭量占世界的一半以上，而且消耗量还在逐年上升。煤矿生产面临着诸多困难，如安全设施不完善，检测技术水平低等。煤矿在生产过程中产生大量易燃易爆气体，如甲烷、一氧化碳及氢气等尤其易存留于通风不畅的管道中。甲烷是无色无臭的气体，只能通过灵敏可靠的甲烷传感器进行检测。现有的矿用甲烷传感器通常采用催化元件或热导式气体分析器进行甲烷浓度的检测。其中，热导式敏感元件用于煤矿管道内甲烷浓度的检测时，常因敏感元件受到不同程度的干扰而输出信号失真，进而不能及时的对高于警戒线的甲烷气体进行报警，使得煤矿安全生产存在极大的隐患。因此，开发一种对煤矿管道内甲烷气体进行及时准确检测的传感器成为当下的迫切需求。 

实用新型内容

为解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种采用具有外部保护装置的热导元件和软件温度补偿技术的煤矿管道用甲烷传感器。 

本实用新型通过以下技术方案实现上述功能： 

一种煤矿管道用甲烷传感器，其结构主要包括：不锈钢外壳，壳盖，提手，管道气体取样头，气室，主控板，显示器，蜂鸣器，报警灯及航空插头等；壳盖与外壳间通过密封圈二密封，气室安装在管道气体取样头一端，取样头另一端通过电缆接在外壳正中央与主控板相连，单片机及显示器安装在主控板上，蜂鸣器位于显示器上方，两个报警灯对称安装在电缆接口两侧，航空插座外接电源，壳盖与外壳间设置有防脱落组件，气室内设置有敏感元件、减震垫及保护膜，主控板上集成有甲烷电桥检测电路、信号预处理电路、VF转换电路、单片机系统电路、数据储存电路、电流/频率/断电信号输出电路、声光报警电路、LED显示电路、红外遥控电路、电源电路，并将未使用的CMOS电路输入端接地。

所述的气室，气体取样头罩于甲烷气体敏感元件上，通过具有良好保护作用的气体取样头保护内部的甲烷气体敏感元件，防凝水及杂质干扰，使敏感元件可以安全地工作于管道甲烷气体环境中，提高了敏感元件的长期工作稳定性，有效延长传感器的调校周期和敏感元件的使用寿命，确保了检测的准确性及报警的及时性。 

 所述的主控板，具有防烧恒压恒流设置，当传感器出现故障时，如短路发生时，会自动产生恒流，不影响其他传感器的正常工作。 

所述的单片机，采用独特的实时动态软件温度补偿技术，使传感器能够对气体敏感元件产生的温度漂移进行有效补偿，提高了整机检测准确性和长期工作稳定性。 

所述的传感器，具有断电信号输出功能，一旦检测到甲烷气体浓度超过警戒线，30s内启动远程断电器进行断电保护。 

所述的显示器，通过红外遥控器采用直观的菜单提示方式对甲烷传感器各项参数进行设置，包括：零点设置、灵敏度设置、报警点设置及输出信号类型设置等，免除开盖调试及工具调制，方便用户随时进行自主调试。    

采用了以上技术方案，本实用新型具有以下特点：

    1、外壳采用特殊设计的钢质结构，抗冲击及耐腐蚀能力强，使用寿命长。

2、对敏感元件作出良好的保护，在矿井下作业时，检测的准确性得到保证。 

3、单片机采用软件温度补偿技术，报警的及时性得到保证，并能长期在矿井下恶劣的环境中稳定工作。 

4、传感器免开盖及工具调试，通过红外遥控器即可实现各种参数设置。 

5、采用低功耗元件，消耗小。 

附图说明

图1是本实用新型的正视结构示意图。 

图2是本实用新型的侧视结构示意图。 

图3是本实用新型气体取样头结构示意图。 

图4是本实用新型的甲烷气体检测原理框图。 

图1、2及3中：1不锈钢壳体，2壳盖，3提手，4铭牌，5报警灯，6防脱落组件，7主控板，8密封圈一，9螺母，10密封圈二，11敏感元件，12减震垫，13窗板，14航空插头，15压板，16螺钉，17蜂鸣器，18显示器，19气室，20保护膜，21气体取样头。 

具体实施方式

本实用新型的一个优选实施例结合附图详述如下： 

    参见图1~图3，一种煤矿管道用甲烷传感器，其结构主要包括：不锈钢外壳，壳盖，提手，管道气体取样头，气室，主控板，显示器，蜂鸣器，报警灯及航空插头等；壳盖与外壳间采用防脱落组件通过密封圈二密封，气室安装在管道气体取样头一端，取样头另一端通过电缆接在外壳正中央与主控板相连，主控板用螺钉固定于外壳上，单片机及显示器安装在主控板上，显示器用螺母固定于外壳的中部并用密封圈一进行密封，蜂鸣器位于显示器上方，铭牌位于显示器的下方，两个报警灯对称安装在电缆接口两侧，航空插头外接电源，壳盖与外壳间设置有防脱落组件，气室内设置有敏感元件、减震垫及保护膜。

参照图3，所述的气室，采用气体取样头对内部的甲烷气体敏感元件进行保护，结构上设置有敏感元件、减震垫及保护膜，保护膜可以防凝水及杂质干扰敏感元件，使其输出的模拟信号能够真实的反映管道内甲烷浓度的变化，经过甲烷电桥检测电路及相应的处理电路，能够检测4.00-100%浓度范围内的甲烷气体，响应时间在30s左右，确保了检测的准确性及报警的及时性。 

主控板上集成有甲烷电桥检测电路、信号预处理电路、VF转换电路、单片机系统电路、数据储存电路、信号输出电路、声光报警电路、LED显示电路、红外遥控电路、电源电路，并将未使用的CMOS电路输入端接地。 

如图4所示，甲烷探头检测至CH4气体浓度后经信号预处理传送至V/F转换电路再反馈给单片机系统，单片机系统连接有数据储存、红外摇控电路、信号输出电路、LED显示电路、声光报警及电源电路。 

CH4气体压力检测电路：对甲烷信号输入进行检测，输入的信号较微弱并伴随着一定的干扰信号，需对其进行一定的信号处理。 

信号预处理电路：对采集到的信号进行放大、滤波等信号预处理，处理后的信号输入单片机系统。 

单片机系统电路：对经过信号预处理的信号进行分别分析判断，并进行数据储存，信号输出，通过红外遥控电路控制LCD显示，达到报警条件进行声光报警。 

数据储存电路：保存信号的零点、灵敏度、量程、报警值、信号输出类型等信息。 

信号输出电路：分为电流型、频率型两种类型信号输出，后接电流型或频率型的执行器。 

声光报警电路：当信号中某一种信号或某几种信号达到单片机系统设定的报警条件时，发出声光报警，对井下工作人员进行安全提示。 

LCD显示电路及红外遥控电路：通过红外遥控器调整并在LCD屏幕上显示信号的零点、灵敏度、量程、报警值、信号输出类型等信息，方便用户使用。 

电源电路：为单片机系统、温度芯片、甲烷探头、LCD屏幕及其他集成芯片供电。 

参照图1、2及3，使用时将传感器用提手悬挂于井下，将气体取样头置于要检测的管道内，管道内的甲烷气体进入气体取样头经过保护膜进入气室；通过遥控器进行零点、灵敏度、报警点及输出信号类型等参数的设置，单片机通过显示器实时显示当前管道内甲烷的浓度；当甲烷浓度超过预设的警戒线时，蜂鸣器以80db的强度发出声音报警信号，报警灯闪亮，发出黑暗中20m清晰可见的光报警信号，同时单片机输出断电信号，远程控制断电器在30s内切断电源，有效的保障了井下作业安全。 

Claims (3)

1.一种煤矿管道用甲烷传感器，其结构主要包括：不锈钢外壳，壳盖，提手，管道气体取样头，气室，主控板，显示器，蜂鸣器，报警灯及航空插头；壳盖与外壳间通过密封圈二密封，气室安装在管道气体取样头一端，取样头另一端通过电缆接在外壳正中央与主控板相连，单片机及显示器安装在主控板上，蜂鸣器位于显示器上方，两个报警灯对称安装在电缆接口两侧，航空插座外接电源，其特征在于，壳盖与外壳间设置有防脱落组件，气室内设置有敏感元件、减震垫及保护膜，主控板上集成有甲烷电桥检测电路、信号预处理电路、VF转换电路、单片机系统电路、数据储存电路、电流/频率/断电信号输出电路、声光报警电路、LED显示电路、红外遥控电路、电源电路，并将未使用的CMOS电路输入端接地。

2.根据权利要求1所述的煤矿管道用甲烷传感器，其特征在于，所述的气室，气体取样头罩于甲烷气体敏感元件上。

3. 根据权利要求1所述的煤矿管道用甲烷传感器，其特征在于，所述的主控板，具有防烧恒压恒流设置。

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