矿井常用甲烷检测传感器原理及优缺点分析
2025年02月12日 14:54:22
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在煤矿生产中，随着煤层采动，煤层中往往会涌出矿井甲烷。当其与空气混合，当其体积百分比为5%～16%时，遇明火就会发生爆炸，给矿井的安全生产带来巨大威胁。10月31日，重庆永川来苏镇金山沟煤矿便发生一起甲烷爆炸事故。事故应急处置指挥部通报，除此前已经找到并升井的18具遇难矿工外，截至今天2时03分，其他15名被困矿工已找到，均已无生命体征。4时04分，搜救工作结束。作为一种采用传感监测技术的井下安全检测装置，甲烷传感器对矿井安全显得非常重要。日常的甲烷传感器能检测矿井下的多种可燃气性气体，避免煤矿恶劣环境中甲烷爆炸的危险。甲烷传感器核心是黑白原件，单位时间内可能造成黑白原件与过多的甲烷反应，造成与真值相差过大。所以，传感器的检定和日常校准是保证传感器的准确性及煤矿安全监控系统正常运行的一个重要环节。目前，矿井中常用的甲烷传感器可分为红外传感器、激光传感器以及传统型的热导式和热效式四类。热导式甲烷传感器是利用甲烷与空气导热系数不同，来测量甲烷浓度的。这种传感器在工作时需通入恒定的电流，将其加热到一定的温度（180摄氏度左右），功耗较大；且其中的半导体热敏电阻受二氧化碳和水蒸汽影响较大，元件一致性和互换性也较差。热导式甲烷检测仪在测定低浓度的甲烷时，输出信号很小，误差较大。因此，这类传感器制成的甲烷检测仪适用于测量高浓度的甲烷（5%～99%）。目前这种传感器在矿井中应用较少。 热效式甲烷传感器，又称热催化式甲烷传感器。其原理是利用可燃气体在催化剂的作用下进行无焰燃烧，产生热量，使元件电阻因温度升高而发生变化，测知甲烷的浓度。这种传感器的优点是精度较高，输出信号较大，且不受其他燃气和灰尘存在的影响。它的缺点是元件表面温度高，寿命相对较短，易受硫、铅、磷、氯等的化合物干扰而使催化剂中毒或元件坏死，降低其灵敏度、准确度，甚至误报现象。不过，目前作为国内传感器制造商，炜盛科技开发的新型可燃气体传感器，做为矿井检测的常用性气体检测元件来说，有着较长的使用寿命长，测量量程也大，且部分传感器具有很好的抗二氧化硫和硅毒的特点，保证了测量的可靠性。红外传感器是通用型、智能型、微型传感器，该类传感是利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CH4进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定、寿命长。内置温度传感器，可进行温度补偿。该红外传感器使用方便，具备有完整的气体探测、模拟电压信号输出和串口通信功能；可直接用来替代催化燃烧元件，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合。激光式甲烷气体传感器是一个通用智能传感器，它以激光器为检测元件，利用合适的微功率激光能被不同浓度的甲烷所吸收原理而设计的高精密甲烷传感器。此传感器具有体积小、功耗低、性能稳定、传感器元件寿命长、灵敏度高等特点，连续检测空气中的甲烷浓度，并将相关数据实时传输，同时该传感器还具有内部温度和气压检测的功能。
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