管道红外瓦斯传感器.docx

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管道红外瓦斯传感器

第四章管道红外瓦斯传感器

4.1概述

GJG100H（B）型红外甲烷传感器（管道用）是一种专门用以监测煤矿瓦斯抽放管道内瓦斯气体浓度的固定式本质安全型检测仪表。

仪器采用特殊的防尘、防水等措施，可有效克服管道内目标气体各种参数变化带来的影响，实现0%CH4～100%CH4范围内瓦斯气体的准确测量并就地显示，同时将瓦斯浓度值转换成标准电信号传输给关联设备。

本传感器还具有声光报警、断电信号输出，故障自检等功能。

4.1.1产品特点

⑴采用非色散红外气体检测技术检测甲烷气体浓度，具有测量精度高、调校周期长、重复性好、测量范围宽、使用寿命长、不受其它气体影响等优点。

⑵设计上采用高性能单片微机和高集成数字化电路，结构简单、性能可靠、调试、维护方便。

⑶零点、灵敏度及报警点皆采用红外遥控器调节。

⑷可连续检测瓦斯，还具有声光报警、断电信号输出，故障自检等功能，实现了一机多用。

⑸电源部分采用了高效率的开关电源，整机低功耗设计，增加了传感器的传输距离。

4.1.2主要用途和适用范围

⑴主要用途

主要用于煤矿瓦斯抽放管道瓦斯气体浓度的连续检测。

⑵适用范围

煤矿瓦斯抽放管道及其它输气管道高浓度瓦斯气体监测场所。

4.1.3使用环境条件

⑴煤矿瓦斯抽放管道或含有瓦斯爆炸危险的场所

⑵工作温度:

0℃～＋40℃；

⑶相对湿度:

≤99%，无冷凝；

⑷工作压力:

40kPa～130kPa；

⑸风速：

≤15m/s；

4.2工作原理及结构特征

4.2.1工作原理

GJG100H（B）型红外甲烷传感器（管道用）采用国际先进的NDIR非色散红外气体分析技术测量甲烷气体浓度。

根据朗－伯比尔定律，每种具有极性分子结构的气体都有对应的红外线特征吸收波长，在光程和反射系数不变的情况下气体浓度与吸收率成正比关系。

GJG100H（B）型红外甲烷传感器（管道用）就是基于此原理研制而成的。

4.2.2结构特征

GJG100H（B）型红外甲烷传感器（管道用）的外型为长方体结构，主机的机壳由不锈钢冲压而成，前后盖的合缝处为能防尘、防水的橡胶密封围，下部为装有限制扩散式气室和甲烷气体检测元件。

显示窗由四位七段红色数码管组成。

整个设计新颖美观、体小量轻、调节方便。

外型结构示意图如下：

图10-1传感器结构示意图

1-传感器表头2-排气螺钉3-卡盘（配卡箍带硅胶密封垫）4-气室

5-显示窗6-电源/通讯接头7-铭牌8-提手

4.3主要技术指标

4.3.1整机工作电压和电流

a）工作电压：

9～24VDC（本安电源）

b）工作电流：

≤80mA

4.3.2测量范围

瓦斯浓度：

0%CH4～100%CH4

4.3.3测量精度

测量范围基本误差

0.00～4.00≤±0.03%CH4

4.00～100.0≤真值的±3%CH4

4.3.4显示方式

四位红色数码管

4.3.5显示定义

左起第一位功能显示：

“1”—调零

“2”—灵敏度调节

“3”—调报警点

“4”—调断电点

“5”—自检

后三位：

测量值显示（单位：

%CH4）

4.3.6信号输出类型

频率型（200Hz～1000Hz）

4.4传感器的安装

管道瓦斯浓度是整个抽放系统中至关重要的一个参数，浓度的测量准确性对于抽放的质量是一个关键环节。

红外瓦斯传感器采用红外原理，为了提高测量精度，内部有温度压力补偿，相应的环境要求也较高。

为此，在安装工艺上也必须达到较高的工艺。

在安装过程中，传感器必配、必装气样处理装置和单向止回阀。

气样处理装置具有样气冷却、气水分离、固体杂质过滤和自动排水功能；单向止回阀具有防止停泵时管道水倒灌，进入传感器气室损坏传感头的作用。

4.4.1气样处理装置

图10-2气样处理装置结构示意图

1-样气入口2-冷却水出（1/4”）3-冷却水进（1/4”）4-窥视/注水孔5-旁管6-样气出口7-回流管路8-进气管路9-排渣口10-传感器11-卡箍（带硅胶密封垫）

4.4.2传感器标配航空插头线颜色规定

◆红色线――电源正极（18VDC＋）

◆蓝色线――电源负极（G）

◆白色线――频率信号输出（200Hz～1000Hz）

◆绿色线――断电信号输出（暂未使用）

4.4.3安装方法

⑴安装前，将装置竖直放置，在窥视/注水孔向装置注入水，直到注入水能够从窥视/注水孔流出为止；

⑵检查红外甲烷传感器的排气螺钉是否拧紧，如果不紧请将该螺钉拧紧，以免漏气或进入空气，导致传感器测量不准确；

⑶安装时，配合V锥流量计管道部分上的焊接固定座（如图10-3），将管道安装板固定在管道上，然后把气样处理装置安装在安装板上；

图10-3流量计管道上的焊接固定座

⑷将传感器卡盘与样气处理装置卡盘对接（带硅胶密封垫），用卡箍卡紧，保证样气处理装置不漏气；

⑸按照图10-4或者图10-5所示，将传感器与装置连接好。

注意各接头要拧紧，保证整套装置的气密性；

4.4.3.1与V锥流量计配合安装方式选择

a、气样处理装置进出气口均安装于正压端或者均安装于负压端（如图10-4所示）

适用条件：

绝对压力范围30~180kPa。

若绝对压力低于30kPa，则必须参照图10-5安装

图10-4V锥流量计配合安装方式

注：

若全安装于负压端并且检测气样温度较低（接近室温），冷却装置铜管部分可用配套胶管代替，但相应气水分离过滤器进气接头需改为胶管卡套接头。

若全安装于正压端并且检测气样温度较高（大于50℃时），必须对气样处理装置增加循环水冷凝或者在进气端增加水箱进行冷凝。

b、V锥流量计安装于负压端、红外甲烷传感器安装于正压端（如图10-5所示）

适用条件：

抽放负压低于60KPa（绝对压力30KPa左右）的国有矿井以及所有地方矿井

安装方法如下：

⑴在正压端管道上，焊接螺柱（焊接螺柱为M8*20（GB/T902.1-1989），焊接间距为48mm.，焊接螺柱如下图10-6所示），将管道安装板固定在管道上（也可直接将处理装置挂接在墙体，可以省略第一步）；

⑵在泵的进气端和泵的出气端各开一个1\2"的孔（如果V锥流量计安装在泵的进气端或者出气端，就可以利用流量计上的测量孔），泵出气端的孔为瓦斯传感器的采样孔，将采样孔与气样处理装置进气孔连接起来；

⑶然后将气样处理装置和泵的进气端测量孔相连即可。

图10-5与瓦斯抽放泵配合安装方式

图10-6焊接螺柱焊接图纸

4.4.3.2红外甲烷传感器单独安装

适用条件：

绝对压力范围30~180kPa，传感器进气端与出气端压差必须大于200Pa；

安装方法：

具体安装图可见图10-2

4.4.4安装注意事项

⑴气样处理装置安装可以选择挂在墙壁或者水泥等支称座上，但必须保证整个装置尽量水平。

装置尽量靠近取气端，以缩短旁测管道长度；

⑵气样处理装置标配4m长的铜管，铜管起着冷凝的作用，在实际安装过程中，即使铜管过长，也不能将铜管剪断，必须保留。

可将多余铜管盘成小圈置于气样处理装置旁，盘结成圈的铜管必须高于气样处理装置；

⑶为保证准确测量，减少测量误差，尽量满足传感器测量气室所处压力接近大气压。

如取样点取气端在泵正压端，回气端在泵负压端（如图10-5），要求在出气排水端通过流速调节阀门控制流量，保证待测气体压力接近泵正压端压力或大气压。

调节方式为：

先完全关闭回流端流速调节阀，然后打开装置两端的阀门，最后慢慢调节流速调节阀门控制流量；

⑷气样处理装置必须保证高于取样点的抽放管路，方便冷凝水回流和溢流。

如果气样处理装置低于抽放管道，当测量回路气流压力较小时，由于水的自重大，水就不能正常地回到管道里，容易造成整个气样处理装置内部气流不循环，瓦斯传感器显示值不能实时测量管道中的浓度值，导致传感器测量精度下降，误差增大；

⑸气样处理装置的回流管与管道开孔处的距离应尽可能的短，同时回流管必须拉直，防止测量回路气流压力较小时，不能将回流管里的水迅速地回到管道里，容易造成整个气样处理装置内部气流不循环，瓦斯传感器显示值不能实时测量管道中的浓度值，导致传感器测量精度下降，误差增大；

⑹如果设备工作环境有结冰现象，设备及其管路应采取必要的保温措施。

4.5传感器调校

4.5.1零点调校

若要对传感器进行零点和线性标校，则必须按如下步骤进行：

⑴传感器预热：

正确连接好传感器，接通电源，使传感器进入正常的工作状态。

使传感器在新鲜空气中预热30分钟。

⑵零点标校和温度存储：

待传感器在空气中充分预热后，请将配套遥控器对准传感器显示窗，轻轻按动遥控器上的选择键，使显示窗内的小数码管显示“1”，此时显示数值间歇式闪烁，请将遥控器对准传感器显示窗同时按动遥控器的上升键和下降键直到显示数值不再闪烁，说明传感器已完成零点标校和温度存储。

若只是对传感器进行零点调节，不进行温度标校，可按如下步骤进行：

将配套遥控器对准传感器显示窗，轻轻按动遥控器上的选择键，使显示窗内的小数码管显示“1”，此时显示数值间歇式闪烁，将遥控器对准传感器显示窗并按住遥控器的上升键或下降键使传感器零点值上调或下调，将零点值调至合适数值，此时零点值仍间歇式闪烁。

按遥控器状态键可继续进行传感器其它功能调校。

特别提醒：

调校零点前必须使传感器在新鲜空气中预热时间大于30分钟，若传感器通过标准甲烷气，则调校零点前必须使传感器在新鲜空气中充分回零。

4.5.2精度调校

在完成传感器的零点标校后，第二步是传感器的精度调校。

具体方法是：

将通气罩旋在传感头气室的上面，不能太松动保证通气效果。

然后通入浓度约20.0%CH4的标准甲烷气体（或预先配制好的同浓度甲烷气体），通气流量控制在300ml/分钟。

此时，传感器显示窗内的数字显示应与通入的甲烷气体浓度值相同。

若有偏差，则请将遥控器对准传感器显示窗，轻轻按动遥控器上的选择键，使显示窗内的小数码管显示“2”，然后再根据需要分别按动摇控器的上升键或下降键，直至显示窗内的显示值与实际通入的瓦斯气体浓度值相同为止。

4.5.3现场检测调试

在现场安装完毕后，检查整个回路是否满足工艺要求，观察仪表工作显示是否正常。

如果完全安装在负压端，仪表读数偏低或者无读数，请检查各连接部件是否密封良好，或零部件是否有破损等影响气密性的因素。

如果安装在抽放泵的两端，仪表读数偏高或者数值乱跳，请调节流速调节阀，控制气样检测流量。

4.6故障分析与排除

故障现象

故障原因分析

处理方法

传感器读数为“0”或者数值偏低

1、如果传感器用于负压端，装置接头或管路漏气严重

2、传感器排气螺钉松动

3、单向止回阀装反

4、流量调节阀故障

1、查找漏气点，更换破损接头或检测气管，密封泄漏点

2、拧紧排气螺钉

3、单向止回阀安装在回流端，注意标注的流向

4、流量调节阀各压紧件和接头旋紧（包括调节盘压紧螺母）

读数偏高，甚至传感器读数“93.9”或者“HH.H”

1、检测气体中有干扰组份

2、传感头进水受潮

1、用光瓦测量管道浓度重新标定传感器

2、拆下探头卡箍，晾干或烘干传感头

传感器读数不稳，时“+”时“-”

1、传感器探头有断线或接触不良

2、环境场存在强电磁干扰源

3、传感器气室进水受潮

1.重新焊接、拧紧探头接线

2确定干扰源，更换安装位置

3、拆下探头卡箍，晾干或烘干传感头

传感器读数不改变

1、传感器气室结水

2、取气管路不通

3、过滤器堵塞

4、气样处理装置结冰

1.将传感器拆下除掉过滤网水幕

2.去除取气管路堵塞点，或者更换取气管路

3.更换一体化处理装置的滤芯

4、去除结冰点，增强保温措施

传感器读数不准

1、样气温度过高

2、样气中粉尘增多

3、传感器使用时间过长漂移

4、探头污染

1、加长进气管铜管、接循环冷却水、增加冷却水箱

2.更换一体化处理装置滤芯

3.用标准气重新标定传感器

4.更换探头或者重新标定传感器

传感器读数忽高忽低

管道内压力变化较大，或超出使用压力要求

绝对压力范围30~180kPa，若绝对压力低于30kPa不得直接安装