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GJ4/100矿用高低浓度甲烷传感器

一、整机工作原理

仪器由电源电路、甲烷气体敏感元件及电桥电路、放大电路、A/D转换电路、智能信号处理、显示电路、报警/断电电路、信号输出电路等构成。

电源电路将配接设备提供的电源稳压为5V电压,供给整机电路使用。

高浓度甲烷气体检测元件是根据热导原理制成的甲烷敏感元件,低浓度甲烷气体检测元件是根据热催化原理制成的气体敏感元件(俗称黑白元件),两个检测元件的电桥供电电压均为2.80V。

热导元件的工作原理是:由于甲烷气体的比热与空气的比热存在差异,并且甲烷浓度越高,导热系数越大。因此含有甲烷的空气,其导热系数与甲烷浓度具有良好的相关性。热导探头由测量元件和补偿元件构成。工作时热导探头有工作电流流过而发热,甲烷浓度越高,测量元件的温度越低,而补偿元件的温度不变。高浓测量电桥输出与甲烷浓度成比例的信号电压。

黑白元件的工作原理是:黑白元件由测量元件(黑元件)和补偿元件(白元件)构成,测量元件的表面有黑色的催化剂。工作时黑白元件有工作电流流过而发热,空气中的甲烷在高温的测量元件的催化剂作用下,发生无焰燃烧。甲烷浓度越高,测量元件的温度越高,而补偿元件的温度不变。低浓测量电桥输出与甲烷浓度成比例的信号电压。

当甲烷浓度达到4.00%以上时,低浓电桥停止工作,由高浓电桥工作;当甲烷浓度降到3%以下时,高浓电桥停止工作,由低浓电桥工作。高/低浓电桥信号电压经过放大和A/D转换后,变成数字信号,进入单片机进行处理。经智能信号处理后,由显示电路显示甲烷浓度值,并经信号输出电路输出电流或频率信号。

报警/断电电路由蜂鸣器、发光二极管和驱动电路构成。当甲烷浓度超过设定的报警点时,仪器会发出声光报警信号。当甲烷浓度超过设定的断电点时,仪器会有断电指令信号输出;甲烷浓度超过断电点以后,只有当甲烷浓度降低到设定的复电点以下时,仪器才会解除断电指令输出。

二、 仪器的功能介绍

仪器刚通电开机后,显示单片机软件的版本信息,仪器内部进行自检。自检结果正常后,进入工作状态,首先由低浓探头通电工作。低浓探头在接通电源的10S内,显示为0.00并闪烁,10S以后显示甲烷浓度且不再闪烁。若甲烷浓度达到4.00%以上时,切换到高浓电桥工作。高浓探头刚通电的5S内,显示仍为原来由低浓电桥测量的甲烷浓度值并闪烁,5S以后显示由高浓电桥测量的甲烷浓度值且不再闪烁。若甲烷浓度降到3%以下时,再切换到低浓电桥工作,切换过程与低浓切换到高浓时相似。

仪器进入正常工作状态后,可通过遥控器对仪器进行校正或设定报警点、断电点、复电点。对仪器进行校正应该在仪器通电预热15分钟后进行。

三、使用方法

1、 安装

仪器应安装在井下无淋水的地点。

仪器的五芯插头的引脚或喇叭口引线排列如下:

1脚—电源正,红线;

2脚—电源负,黑线;

3脚—输出信号,黄线;

4脚—断电指令输出,蓝线;

5脚—电源正(断电指令输出时使用),绿线。

2 、调校

通过遥控器,用户可对仪器的如下七个参数进行调整或设定:

a) 低浓度甲烷零点;

b) 低浓度甲烷满度;

c) 高浓度甲烷零点;

d) 高浓度甲烷满度;

e) 报警点;

f) 断电点;

g) 复电点。

仪器正常使用时,其校正周期应不超过15天。校正时一般用纯净的标准空气进行调零,低浓度甲烷用1.00~3.00%的甲烷标准气调满度, 高浓度甲烷用80.0%的甲烷标准气调满度;在地面校正时,可在新鲜空气的环境中进行调零。

仪器开机预热以后,再进行校正。当预热时间不足5分钟时,对仪器进行调零及调满度的操作均无效,仪器会发出声光提示信号(短促的四次声光提示信号)。校正的顺序是先调零,后调满度。

3、 低浓度甲烷调零

仪器开机预热15分钟后,使遥控器正对仪器的显示窗口,按一下“开关”键,仪器进入低浓度甲烷调零状态,此时仪器的千位数显示“0”并闪烁。

将仪器置于新鲜空气中,或对仪器探头通入纯净的标准空气,流量为200mL/min,待读数稳定后,按一下遥控器的“向下”键,仪器即自动归零。

仪器调零以后,如果要取消刚才的调零操作,按一下遥控器的“向上”键即可。但是,如果调零以后又按了遥控器的“开关”或“转换”键,就无法取消刚才的调零操作。

当开机预热时间不足5分钟时,仪器不执行调零指令,并有声光提示。

4、低浓度甲烷调满度

低浓度甲烷调零以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入低浓度甲烷调满度状态,此时仪器的千位数显示“1”并闪烁。

对仪器探头通入1.00~3.00%的甲烷标准气,流量为200mL/min,待读数稳定后,通过按遥控器的“向上”、“向下”键,使仪器的显示值与所用标准气体浓度一致即可。

仪器的低浓度甲烷满度调节范围:显示值在0.30~0.50%且黑白元件的灵敏度大于5mV/1%CH4时,调小无效,调大有效;显示值大于0.50%且黑白元件的灵敏度在5~30mV/1%CH4时,调小、调大都有效。在上述范围之外时,调大、调小都无效。调满度无效时,仪器有声光提示信号。

5、高浓度甲烷调零

低浓度甲烷调满度以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入高浓度甲烷调零状态,此时仪器的千位数显示“0”并闪烁。

高浓度甲烷调零方法与低浓度甲烷调零方法相同。

高浓度甲烷调零应该在由低浓切换到高浓15分钟以后进行。当切换时间不足5分钟时,仪器不执行调零指令,并有声光提示。

6、高浓度甲烷调满度

高浓度甲烷调零以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入高浓度甲烷调满度状态,此时仪器的千位数显示“1”并闪烁。

对仪器探头通入10.0~50.0%的甲烷标准气,流量为200mL/min,待读数稳定后,通过按遥控器的“向上”、“向下”键,使仪器的显示值与所用标准气体浓度一致即可。

仪器的高浓度甲烷满度调节范围:显示值在5. 0~10. 0%且热导元件的灵敏度大于1.5mV/1%CH4时,调小无效,调大有效;显示值大于10. 0%且热导元件的灵敏度在1.5 ~3.5mV/1%CH4时,调小、调大都有效。在上述范围之外时,调大、调小都无效。调满度无效时,仪器有声光提示信号。

7、报警点设定

高浓度甲烷调满度以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入报警点设定状态,此时仪器的千位数显示“b”并闪烁。通过按遥控器的“向上”、“向下”键,即可设定报警点。

8、 断电点设定

报警点设定以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入断电点设定状态,此时仪器的千位数显示“d”并闪烁。通过按遥控器的“向上”、“向下”键,即可设定断电点。

9、复电点设定

断电点设定以后,按一下遥控器的“转换”键,仪器进入复电点设定状态,此时仪器的千位数显示“F”并闪烁。通过按遥控器的“向上”、“向下”键,即可设定复电点。

复电点设定以后,按一下遥控器的“转换”键或“开关”键,使仪器退出遥控状态。

10、 遥控器的使用方法

遥控器有四个键,分别是“开关”、“转换”、“向上”、“向下”。使用时,遥控器正对仪器的显示窗口,按一下“开关”键,仪器进入遥控状态,此时仪器的千位数显示“0”并闪烁。通过遥控器的“转换”键,可以将仪器按上述a~g的顺序依次切换参数,并可从千位数显示的符号加以区别各参数。在各参数状态下,通过遥控器的“向上”和“向下”键,可以调节该参数大小。详细的调节方法在本说明书4.2.1~4.2.7条中叙述。调节完后,再按一下“开关”键,仪器退出遥控状态,恢复正常的测量状态。当仪器在遥控状态的较小的一个参数(复电点设定)时,按一下“转换”键和按一下“开关”键效果一样,都能使仪器退出遥控状态。

四、 仪器的输出信号

1、频率输出

输出信号为频率时,除了有不同的频率范围以外,仪器的输出电路还有如下几种型式,以供用户订货时选择:

a) NPN三极管输出型式—三极管的集电极上拉输出,上拉电阻300欧/5V;输出电流:流入 50mA。输出引线接法:输出信号(三极管的集电极)接在大五芯插头3脚, 黄线。

b) PNP三极管输出型式—三极管的集电极开路输出,输出电流:流出 10mA/5Vp-p。输出引线接法:输出信号(三极管的集电极)接在大五芯插头3脚, 黄线。

2、 断电指令输出

断电指令输出电路型式如下:

PNP三极管输出型式—三极管的集电极开路输出,输出电流:流出 10mA/5Vp-p。输出引线接法:输出信号(三极管的集电极)接在五芯插头4脚, 绿线。

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