煤矿安全监测监控技术中典型的传感器有哪些？

随着科技的进步和社会的发展，国家对企业安全生产的要求不断提高，尤其是像煤矿这种高危行业，近年来，煤矿企业逐步平衡好生产与安全的关系，安全生产管理制度逐渐得到完善，人民的生命和财产安全得到保障，生产水平也在不断提高。当然，高效的生产效率与煤矿安全监测系统密切相关，随着井下工作面深度的不断发展，使安全监测不可或缺。

矿井安全生产监测监控系统主要由传感器、断电仪、载波机、传输线、解调器、计算机、调度显示盘等组成。随着计算机技术、网络技术、微电子技术的不断发展，目前的矿井安全生产监测监控系统主要由监测监控终端、地面中心站、通信接口装置、井下分站、各种传感器等组成。其典型结构如图1－1所示。

传感器与控制器

传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能正确反映被测环境和设备参数的关键技术和产品。目前国内生产和用于煤矿监测监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器。以上传感器的开发和应用基本满足了煤矿安全生产监测监控的需要，但国产传感器在使用寿命、调校周期、稳定性和可靠性方面与国外同类产品相比还有很大差距，某些传感器（如瓦斯传感器）的稳定性还不能满足用户的需要。

煤矿井下使用的控制器主要是指各种规格的断电仪，其主体是由继电器构成，该断电仪的寿命长，可靠性高。

矿用监控系统传感器

煤矿井下各种有用、有害气体及温度和湿度等参数，都属于环境参数。矿井环境参数主要有甲烷浓度、氧气浓度、粉尘浓度、井巷硐室和工作面温度、风量与负压、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度和硫化氢浓度等。

采煤、掘进、运输、及通风等各系统的运行及相关设备的工作状况称为矿井工况参数。主要监测的工况参数有风筒风量、风门开关、输送带开停、煤仓煤位、采煤机组位置、排水系统、压风系统、主要通风机工作状态等工况参数。

传感器一般由敏感元件、转换元件和信号处理电路3部分组成，有时需要加辅助电源，其组成原理如图4－1所示。

1．智能遥控甲烷传感器

智能遥控甲烷传感器是组成监控系统的一种智能型检测仪表。它可以配接各种型号的井下分站、风电瓦斯闭锁装置、断电仪等设备，用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量。

催化燃烧式甲烷传感器 （CH4传感器）CH－A3是利用催化燃烧的热效应原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，当遇到可燃性气体时，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。

2． 一氧化碳传感器

煤矿常用的一氧化碳检测仪器有电化学式、红外线吸收式、催化氧化式等。国内外煤矿广泛使用的是电化学式一氧化碳传感器。

电化学一氧化碳传感器，同时也是一种微燃料电池元件，对检测气体以恒定电位，作电化学性氧化还原反应，通过测定电场电流获得气体浓度的信息。其工作原理是，利用工作电极与对电极组成电极对，当这对电极浸入电解液中，在电极间加上电压会产生极化，若工作电极为正，对电极为负，则电解液中的负离子移向工作电极，正离子移向对电极。此时，被测气体扩散到工作电极上，在催化剂作用下产生电化学反应释放出电荷，使工作电极与对电极的电位发生变化，产生电流。

一氧化碳传感器就是电化学原理的传感器，具有反应迅速灵敏、抗干扰能力强的特点，经过独有的补偿算法、多段标准气体标定，亦具有长寿命、高精度、高重复性和高稳定性的特点，对于减少事故发生，有效地保障煤矿安全生产和矿工生命安全也具有重要意义。

一氧化碳传感器CO－AF是电化学原理的传感器，电化学传感器具有灵敏度高，选择性好，低浓度输出线性好等优点，主要用在石油化工，环保，煤矿，汽车等领域。

Alphasense一氧化碳传感器CO－AM使用成熟的燃料电池技术，一氧化碳传感器 （CO传感器）CO－AM主要特性：测量范围：5000ppm ，灵敏度：55～90nA／ppm ，主要用在石油化工，煤矿，工业等领域。

CO－BF一氧化碳传感器是电化学原理的传感器，电化学传感器具有灵敏度高，选择性好，低浓度输出线性好等优点，主要用在石油化工，环保，煤矿，汽车等领域。

TGS5042是费加罗研发的可电池驱动的电化学一氧化碳传感器，与现有的电化学式传感器相比，有以下优势：电解质是环保型的；没有电解液泄漏的危险；一氧化碳可检测浓度高达1％，操作使用温度范围广（－5?C ～ 55?C）；对干扰气体灵敏度很低。这种传感器具有使用寿命长，长期稳定性好，精度高的特点，是数字显示方面为数不多的可供选择的理想传感器。 OEM客户会发现，通过每个传感器的条形码，可以单独打印每个传感器的数据，使用户可以避免昂贵的气体校准程序，还允许对个别传感器进行追踪。 CO传感器TGS5042采用的是标准AA电池尺寸的外形设计。 TGS5042主要应用： 住宅与商用一氧化碳检测仪，工业一氧化碳监控，室内停车场通风控制，火灾报警器

3． 温度传感器

热电偶、热电阻及热敏电阻温度传感器

将两种不同的金属材料焊接在一起，当两种不同金属材料的两个点（冷端和热端）存在温差时，将在金属材料间产生与温差成正比的温差电势，如将回路闭合，就会形成电流。电阻值与温度成正比，基于以上原理制成了热电偶温度传感器。

热电阻温度传感器是利用某些金属材料对温度的敏感特性而工作的。热敏电阻温度传感器可分为温度升高时电阻值增大的正温度系数型和温度升高时电阻值减少的负温度系数型，两者都是利用半导体材料对温度的敏感特性而实现温度测量的。

4 开关量传感器

煤矿安全生产中，除了对甲烷、一氧化碳和风速等进行监控外，为了随时全面了解全矿的生产、工作状况，统计设备利用率，还要对主要机电设备的运转状态、风门状态进行监控。

5 触点传感器

触点传感器是利用接触器或继电器的接点来表示开关状态的。接点有常开／常闭之分，还有接点容量大小、耐压高低等指标，使用时应注意。利用触点的动作可以反映局部通风机风筒是否被风吹得鼓起，从而判断局部通风机送风状态。触点传感器的接点简单、实用，是应用较广泛的传感器。

6 干簧管传感器

干簧管是由小玻璃管内安装导磁性能的簧片制作而成。在附近无磁场时，簧片处于接通，当有磁场靠近时，簧片被磁化产生磁力，使簧片（也是接点）由闭合转为断开。干簧管应用很广泛，将干簧管固定在井下风门的门框上，在门上安装一块永久磁铁，门在关闭位置时，干簧接点即可动作。

7 光电传感器

利用光电器件可以方便可靠地传递开关信息。用监测系统提供的本质安全型电源为发光二极管供电，当被控设备接点动作时，发光二极管导通发光，其光线照射光敏管而使其导通，此光敏管可控制非本安电路的导通和关断。

煤矿安全环境监测系统主要用于测量自然环境参数，如甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、风速风向、负压、温度、湿度、粉尘浓度等。