CN203414430U - 矿井二氧化硫报警仪 - Google Patents

Abstract

矿井二氧化硫报警仪，本实用新型属于环境保护技术领域，解决了国内外无法检测矿井空气中二氧化硫气体浓度是否对矿工健康构成危害的问题。发明中内置二氧化硫气体成分传感器一个，当待测矿井空气被吸气泵吸入并匀速流经该传感器时，该传感器产生了一个与二氧化硫气体浓度呈线性变化关系的感应电压；感应电压被一个放大电路放大，放大电路输出端接一个发光二极管；当二氧化硫气体浓度小于国家健康标准值时，发光二极管灭，反之，发光二极管导通点亮。该发明可实时检测出矿井空气中二氧化硫气体浓度是否对矿工健康构成危害，并在构成危害时及时报警提示。

Description

矿井二氧化硫报警仪

技术领域

本实用新型属于环境保护技术领域，具体为矿井空气中的二氧化硫(SO₂)有害气体浓度是否低于国家健康标准值的检测报警仪。 

背景技术

我国是一个地下矿产开采大国，这些位于地下深处的矿井如煤矿矿井、铁矿矿井、石膏矿矿井等都有一个共同的特点，就是空间狭小、通风条件差、矿石间隙溢出气体中普遍存在二氧化硫(SO₂)气体。二氧化硫是一种对人体健康有害的气体，中华人民共和国的国家健康标准值规定：当空气中二氧化硫气体成分的浓度大于或等于2ppm时，即对处于其中的人员的身体健康构成危害，反之，当空气中二氧化硫气体成分的浓度低于2ppm时，则不会对处于其中的人员的身体健康构成危害。长期以来，国内外都没有生产能够检测矿井空气中二氧化硫气体浓度是否低于我国国家健康标准值的报警仪，国内外的实用新型专利中也没有检测矿井空气中二氧化硫气体浓度是否低于我国国家健康标准值的专利。国内外生产的空气报警仪都只能检测矿井空气中易燃易爆气体如瓦斯、一氧化碳气体的浓度是否低于国家安全标准值，国内外的实用新型专利中只有检测矿井空气中瓦斯及一氧化碳的浓度是否低于国家安全标准值的实用新型专利。 

发明内容

为解决国内外均没有检测矿井有害气体二氧化硫的浓度是否低于我国国家健康标准值的检测仪，本实用新型提供了一种矿井二氧化硫报警仪，它不但能检测出危害矿井工人身体健康的有害气体二氧化硫的浓度是否低于我国国家健康标准值，而且还能在二氧化硫浓度达到或超过国家健康标准值时及时提示报警。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

本实用新型的一种矿井二氧化硫报警仪，该报警仪包括防尘滤网、吸气泵、传感器模块、连接模块、侧门、放大电路模块、显示装置、支架、风管、电池组、开关各一个，其特征在于，当风管顶部的开关合上接通风管内电池组提供的直流电源后，待检测的矿井空气被设在风管内部的吸气泵吸入风管内，并流经风管内的二氧化硫气体成分传感器，继而产生一个感应电压信号；该感应电压信号经风管内的连接模块传输至风管内的放大电路模块进行放大，放大后的输出电压信号传输到风管顶部的显示装置中。 

更进一步地，吸气泵为微型直流真空吸气泵，工作电压+6V，由设在风管内的电池组供电，由设在风管顶部的开关控制启动与停机，吸气量为20L／min。 

更进一步地，二氧化硫气体成分传感器的传感器感应端正面迎对吸气泵的出口，二氧化硫气体成分传感器的感应电极及参考电极端接连接模块。 

更进一步地，所述的放大电路模块是基于1片集成电路OPA4684的放大电路，其电压放大倍数是1800，放大二氧化硫气体成分传感器SO₂／C-20T产生的感应电压，输出电压端接显示装置中的发光二极管L的阳极；该放大电路与吸气泵共用设在风管内的电池组及设在风管顶部的开关。 

更进一步地，显示装置为一个指示板，指示板上设有一个发光二极管L，发光二极管用亮、灭两种状态来表明其导通和不导通，它的阴极接地，导通电压为1.6V，发光二极管上方指示板标明对应的检测气体名称。 

更进一步地，使用的二氧化硫气体成分传感器的型号为SO₂／C-20T，输出电流为500±90nA／ppm，线性度输出为线性，工作温度范围：-5℃至55℃，压力范围为1个标准大气压±10％，测量范围为0-100ppm，分辩率为0.1ppm。 

矿井二氧化硫报警仪包含一个带支架的钢制风管，风管顶部设有开关及显示装置，风管的入口罩一个防尘滤网，风管内从入口至出口依次安装吸气泵、二氧化硫气体成分传感器、连接模块、放大电路模块、电池组各一个，放大电路模块的主体基于一片集成运放，型号为OPA4684，风管侧面安装一个侧门。矿井二氧化硫报警仪的开关打开后，矿井二氧化硫报警仪即开始工作；待检测矿井空气被吸气泵吸入风管内，经防尘滤网过滤后，匀速流经矿井二氧化硫报警仪中的二氧化硫气体成分传感器，该二氧化硫气体成分传感器型号为SO₂／C-20T，它能感应流经其表面的二氧化硫气体浓度，并在其感应电极(S)及参考电极(R)之间输出一个线性变化的弱感应电压；二氧化硫气体成分传感器的感应电极及参考电极通过八输入／八输出插针板的输出插针D₀，D₁与放大电路相连，D₀与D₁接放大电路模块中集成运放的3、2引脚，作为矿井二氧化硫报警仪放大电路的输入端，放大电路的输出端为集成运放的1引脚，该引脚接发光二极管L的阳极。当流经矿井二氧化硫报警仪的矿井空气中二氧化硫的浓度低于国家健康标准值时，对应的二氧化硫气体成分传感器的感应电压信号较小，即使被相应的放大电路放大，其输出电压的值仍然无法使相连的发光二极管导通发光；而当流经矿井二氧化硫报警仪的矿井空气中二氧化硫的浓度达到或超过国家健康标准值时，对应的二氧化硫气体成分传感器的感应电压信号较大，被放大电路放大后的输出电压同样较大，并使相连 的发光二极管导通发光。矿井二氧化硫报警仪显示装置的发光二极管灭，说明矿井空气中二氧化硫气体浓度低于国家健康标准值，反之若发光二极管点亮，则说明矿井空气中二氧化硫气体浓度达到或超过国家健康标准值。因此，矿井二氧化硫报警仪中发光二极管灭，表明矿井空气中二氧化硫的浓度对矿井工人的健康无害，矿井二氧化硫报警仪中发光二极管亮，表明矿井空气中二氧化硫的浓度对矿井工人的健康有害。 

本实用新型的有益效果是：可以实时检测出矿井空气中二氧化硫的浓度是否对矿井工人的身体健康构成危害，报警效果明显，显示清晰，结构简单。 

附图说明

图1是本实用新型的组成模块图。 

图2是本实用新型的整体结构图。 

图3是本实用新型吸气泵的电路原理图。 

图4是二氧化硫气体成分传感器SO₂／C-20T的感应电压UI与二氧化硫气体成分浓度关系图。 

图5是本实用新型放大电路的电路原理图。 

图6是本实用新型的实施例1。 

图7是本实用新型的实施例2。 

图8是本实用新型的实施例3。 

图中的标号分别为： 

1：防尘滤网；2：吸气泵；3：传感器模块；4：连接模块；5：侧门；6：放大电路模块；7：显示装置；8：支架；9：风管；10：电池组；11：开关；12：二氧化硫气体成分传感器；13：八输入／八输出插针板；14：两个匹配电阻及一个反馈电阻；15：分压电阻；16：发光二极管；17：集成运放。 

具体实施方式

本实用新型的组成模块如图1所示，整个矿井二氧化硫报警仪由防尘滤网1、吸气泵2、传感器模块3、连接模块4、侧门5、放大电路模块6、显示装置7、支架8、风管9、电池组10、开关11组成，其中风管9为一长44.6cm、内径21.3cm、外径22.1cm、厚0.8cm的钢制圆管，风管9下面安装有支架8，可方便地放置于矿井中，风管9的侧门5便于电池组10的拆卸与安装。如图2及图3所示，当开关11闭合接通电池组10提供的+6V直流电源后，微型直流真空吸气泵2开始工作，以20L／min的吸气量将待测的矿井空气经防尘滤网1过滤后匀速吸入风管9中；待测空气流经二氧化硫气体成分传感器12SO2／C-20T，经两个匹配电阻及反馈电阻14中的R₀，R₁，并在传感器的感应极和参考极之间都产生一个感应电压UI；二氧化硫气体成分传感器12SO2／C-20T感应极和参考极之间产生的感应电压UI₁与二氧化硫气体成分浓度C_SO2关系如图4所示；感应电压UI通过八输入／八输出插针板13连接，经两个匹配电阻14R₀，R₁分压后，分别接至放大电路模块6的集成运放17的3，2引脚；如图5所示，UI作为集成运放17内部放大电路的输入电压信号，放大电路的电压放大倍数是1800，UI被放大电路一放大后产生的输出电压信号为UO，从集成运放17的1引脚输出，然后连接发光二极管16L的阳极；显示装置7中，发光二极管16L的阴极经分压电阻15R2接地，它的导通电压为VDL=1.6V。所以，当待测的矿井空气中二氧化硫的浓度C_SO2<2ppm时，UI<0.89mv，UO<1.6V，发光二极管16L灭，当待测的矿井空气中二氧化硫的浓度C_SO2≥2ppm时，UI≥0.89mv，UO≥1.6V，发光二极管16L点亮。 

在图6所示实施例1中，开关11合上后，矿井二氧化硫报警仪开始工作，被直流微型真空吸气泵2吸入风管9的待测矿井空气中，二氧化硫气体成分的浓度C_SO2=1ppm，C_SO2<2ppm。传感器正常工作，其中，二氧化硫气体成分传感器12SO2／C-20T产生的感应电压UI=0.44mv，经放大后，从集成运放17的1引脚输出的输出电压UO=0.79V，UO<VDL，小于发光二极管16L的导通值1.6V，L灭，说明待测的矿井空气中二氧化硫气体成分的浓度对矿井工人的健康无害。 

在图7所示实施例2中，开关11合上后，矿井二氧化硫报警仪开始工作，被直流微型真空吸气泵2吸入风管9的待测矿井空气中，二氧化硫气体成分的浓度C_SO2=2ppm。传感器正常工作，其中，二氧化硫气体成分传感器12SO2／C-20T产生的感应电压UI=0.89mv，经放大后，从集成运放17的1引脚输出的输出电压UO=1.6V，UO=VDL，并使发光二极管16L导通，L点亮，提示矿井空气中二氧化硫气体成分的浓度是有害的。 

在图8所示实施例3中，开关11合上后，矿井二氧化硫报警仪开始工作，被直流微型真空吸气泵2吸入风管9的待测矿井空气中，二氧化硫气体成分的浓度C_SO2=4ppm，C_SO2>2ppm。传感器正常工作，其中，二氧化硫气体成分传感器12SO2／C-20T产生的感应电压UI=1.32mv，经放大后，从集成运放17的1引脚输出的输出电压UO=2.4V，UO>VDL，但输出电压UO被R₂及发光二极管16L共同分担，发光二极管16L两端电压仍然为1.6V，发光二极管16L导通，L点亮，说明待测的矿井空气中二氧化硫气体成分的浓度是有害的。 

Claims (6)

1.一种矿井二氧化硫报警仪，该报警仪包括防尘滤网(1)、吸气泵(2)、传感器模块(3)、连接模块(4)、侧门(5)、放大电路模块(6)、显示装置(7)、支架(8)、风管(9)、电池组(10)、开关(11)各一个，其特征在于，当风管(9)顶部的开关(11)合上接通风管(9)内电池组(10)提供的直流电源后，待检测的矿井空气被设在风管(9)内部的吸气泵(2)吸入风管(9)内，并流经风管(9)内的二氧化硫气体成分传感器(12)，继而产生一个感应电压信号；该感应电压信号经风管(9)内的连接模块(4)传输至风管(9)内的放大电路模块(6)进行放大，放大后的输出电压信号传输到风管(9)顶部的显示装置(7)中。 

2.根据权利要求1所述的矿井二氧化硫报警仪，其特征在于吸气泵(2)为微型直流真空吸气泵，工作电压+6V，由设在风管(9)内的电池组(10)供电，由设在风管(9)顶部的开关(11)控制启动与停机，吸气量为20L／min。 

3.根据权利要求1所述的矿井二氧化硫报警仪，其特征在于二氧化硫气体成分传感器(12)的传感器感应端正面迎对吸气泵(2)的出口，二氧化硫气体成分传感器(12)的感应电极及参考电极端接连接模块(4)。 

4.根据权利要求1所述的矿井二氧化硫报警仪，其特征在于所述的放大电路模块(6)是基于1片集成电路OPA4684的放大电路，其电压放大倍数是1800，放大二氧化硫气体成分传感器(12)SO₂／C-20T产生的感应电压，输出电压端接显示装置(7)中的发光二极管(16)L的阳极；该放大电路与吸气泵(2)共用设在风管(9)内的电池组(10)及设在风管(9)顶部的开关(11)。 

5.根据权利要求1所述的矿井二氧化硫报警仪，其特征在于显示装置(7)为一个指示板，指示板上设有一个发光二极管(16)L，发光二极管(16)用亮、灭两种状态来表明其导通和不导通，它的阴极接地，导通电压为1.6V，发光二极管(16)上方指示板标明对应的检测气体名称。 

6.根据权利要求1所述的矿井二氧化硫报警仪，其特征在于使用的二氧化硫气体成分传感器(12)的型号为SO₂／C-20T，输出电流为500±90nA／ppm，线性度输出为线性，工作温度范围：-5℃至55℃，压力范围为1个标准大气压±10％，测量范围为0—100ppm，分辩率为0.1ppm。 

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