1、第二章第二章 礦用傳感器礦用傳感器2.1 傳感器概述傳感器概述2.2 甲烷傳感器甲烷傳感器2.3 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器2.4 氧氣傳感器氧氣傳感器2.5 溫度傳感器溫度傳感器2.6 風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器2.7 煙霧傳感器煙霧傳感器2.8 液位傳感器液位傳感器2.9 開(kāi)關(guān)量傳感器開(kāi)關(guān)量傳感器2.5 溫度傳感器溫度傳感器 一、溫度傳感原理一、溫度傳感原理n熱電偶測(cè)溫n熱電阻測(cè)溫n半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫n紅外測(cè)溫一、溫度傳感原理一、溫度傳感原理1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的金屬A和B焊接組成一個(gè)閉合回路，即構(gòu)成感溫元件（熱電偶）。當(dāng)其兩個(gè)接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，則在回路

2、中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（熱電勢(shì)）。n熱電偶的熱端與冷端熱電偶的熱端與冷端 熱電偶回路有兩個(gè)連接點(diǎn)，其中與被測(cè)介質(zhì)接觸的一端稱(chēng)為熱端（工作端），另一端則稱(chēng)為冷端（參比端）。熱電偶和熱電勢(shì)熱電偶和熱電勢(shì) 一、溫度傳感原理一、溫度傳感原理1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n熱電勢(shì)熱電勢(shì) 由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。熱電偶和熱電勢(shì)熱電偶和熱電勢(shì) 接觸電勢(shì)：接觸電勢(shì)： 溫差電勢(shì)：溫差電勢(shì)： n熱電偶回路總電勢(shì)熱電偶回路總電勢(shì) lnATBTNkTABeNeTK波爾茲曼常數(shù)；e單位電荷量；NAT電子密度010,BTTkBBTeNTeT Td N t 00000,ABABBABAABABeT TeTeT TeTeT T

3、eTeT1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電勢(shì)的大小只與熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，而與熱電偶的長(zhǎng)短、粗細(xì)、形狀及沿電極的溫度分布無(wú)關(guān)。否則，產(chǎn)生溫度梯度附加電動(dòng)勢(shì)。如果組成熱電偶的兩種材料性質(zhì)相同，即NA=NB，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，回路內(nèi)總熱電勢(shì)為零。如果兩接點(diǎn)處溫度相同，即T=T0，則盡管兩種導(dǎo)體材料性質(zhì)不同，回路總電勢(shì)也必然為零。因熱電勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系f(T)AB復(fù)雜難求，故在工程應(yīng)用中常用實(shí)驗(yàn)的方法制作熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系表，以備查用。1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要

4、該導(dǎo)體的兩端溫度相同，則其對(duì)熱電偶回路熱電勢(shì)的大小和方向不產(chǎn)生影響。n中間溫度定律中間溫度定律 Tn為熱電偶熱電極AB上某點(diǎn)的溫度，則熱電偶在其接點(diǎn)溫度為T(mén)、T0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(T,T0)等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T(mén)、Tn和Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)eAB(T,Tn)和eAB(Tn,T0)的代數(shù)和。 即：00,ABABnABneT TeT TeT T1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n熱電偶的使用熱電偶的使用 使用熱電偶時(shí)，只需考慮兩端溫度值，而不必顧及其中間段的溫度。 為穩(wěn)定冷端溫度，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線將貴金屬熱電偶的冷端延伸至溫度穩(wěn)定處。但補(bǔ)償導(dǎo)線a、b在Tn到T0的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)分別與貴金屬A、B具有

5、相同的熱電特性。00,ABABnABneT TeT TeT T1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫n常用熱電偶常用熱電偶熱電偶熱電偶分度號(hào)分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)適用溫度適用溫度正極正極負(fù)極負(fù)極S（鉑銠10鉑）SPC（銅）紅SNC（銅鎳）綠01100B（鉑銠30鉑銠6）6001700T（銅銅鎳）TPX（銅）紅TNX（銅鎳）白-40350J（鐵銅鎳）JPX（鐵）紅JNX（銅鎳）紫-40750E（鎳鉻銅鎳）EPX（鎳鉻）紅ENX（銅鎳）棕-40900K（鎳鉻鎳硅）KPX（鎳鉻）紅KNX（鎳硅）黑-401200KPC（銅）紅KNC（銅鎳）藍(lán)1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫1 1、熱電偶測(cè)溫、熱電偶測(cè)溫

6、2 2、熱電阻測(cè)溫、熱電阻測(cè)溫n熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng) 金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。3 3、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體PNPN結(jié)測(cè)溫結(jié)測(cè)溫n基本原理基本原理 半導(dǎo)體PN結(jié)（二極管）在一定偏置電流的情況下，其正向壓降隨著溫度的變化而變化，且基本呈線性關(guān)系。n半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器 溫敏二極管、溫敏三極管和集成溫度傳感器等， 測(cè)溫范圍一般在-50+150之間。 n溫敏二極管大都選用硅及砷化鎵材料制作，其電壓-溫度特性的線性度比鍺管好。3 3、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體PNPN結(jié)測(cè)溫結(jié)測(cè)溫n溫敏三極管：溫敏三極管： 集電極電流恒定時(shí)，其發(fā)射結(jié)正向電壓-溫度特性3 3、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體PNPN結(jié)測(cè)溫結(jié)測(cè)溫n集成溫度傳感

7、器：差分對(duì)管溫度敏感元件121212lnlnIAEIkTkTbeqIAEqIV3 3、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體PNPN結(jié)測(cè)溫結(jié)測(cè)溫n集成溫度傳感器的輸出類(lèi)型集成溫度傳感器的輸出類(lèi)型n電壓輸出型 如LX5600、LM3911、SC616A 溫度系數(shù)為：10mV/n電流輸出型 AD590、LM134、SL334 溫度系數(shù)為：1A/n集成溫度控制器 可由用戶設(shè)定溫度限值，當(dāng)被控溫度超限時(shí)可輸出邏輯控制信號(hào)，有的也同時(shí)輸出溫度測(cè)量值。如TC620、DS1620等。4 4、紅外測(cè)溫原理、紅外測(cè)溫原理n熱輻射熱輻射 任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)不斷產(chǎn)生熱輻射，且溫度T越高，輻射功率P就越大。 -比輻射率，絕對(duì)

8、黑體為1.0，非絕對(duì)黑體為01.0； -斯蒂潘-波爾茲曼常數(shù)，5.66971012W/cm2K4； T-物體的熱力學(xué)溫度。n紅外熱輻射紅外熱輻射 物體輻射波長(zhǎng)的峰值m與溫度T成反比： 當(dāng)溫度低于1000時(shí)，物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的，且物體的溫度越高，輻射出的紅外線就越多，輻射出的能量也越強(qiáng)。n紅外測(cè)溫就是通過(guò)檢測(cè)物體在紅外波段的輻射通量來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。4PT2897/mT4 4、紅外測(cè)溫原理、紅外測(cè)溫原理n紅外線紅外線 紅外線是一種不可見(jiàn)光，波長(zhǎng)大致為0.761000m。 紅外探測(cè)器通常工作在大氣窗口內(nèi)，即22.6m、35m或814m三個(gè)波段范圍。n紅外測(cè)溫檢測(cè)元件紅外

9、測(cè)溫檢測(cè)元件 熱敏電阻、光敏電阻、熱釋電體等。二、二、GW50(A)GW50(A)溫度傳感器溫度傳感器n檢測(cè)原理檢測(cè)原理 溫度鉑熱電阻電橋電壓A/D單片機(jī)n技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：050； 基本誤差：2； 工作電壓：1224V DC（本安電源）；工作電流：80mADC信號(hào)輸出：頻率型2001000Hz；電流型15mA；傳輸距離：2km顯示方式：四位紅色數(shù)碼管，左第一位為功能位：1調(diào)零，2調(diào)精度，3自檢；后三位為測(cè)量值。安全特征：防爆標(biāo)志Exibd （+150）使用環(huán)境： 040；相對(duì)濕度95；大氣壓力80106kPa；風(fēng)速08m/s；二、二、GW50(A)GW50(A)溫度傳感器溫度傳感器n

10、連接連接 將來(lái)自分站的專(zhuān)用電纜航空插頭按對(duì)應(yīng)位置插入傳感器上的航空插座，并旋緊固定。電纜航空插頭的接線為：1號(hào)口電源正極，紅色線；2號(hào)口電源、信號(hào)負(fù)極，藍(lán)色線； 3號(hào)口恒流或頻率信號(hào)輸出，白色線；4號(hào)口綠色線（未用）。二、二、GW50(A)GW50(A)溫度傳感器溫度傳感器n調(diào)校調(diào)校n 零點(diǎn)調(diào)節(jié)： 使傳感器通電工作20分鐘，將測(cè)溫頭放入冰水混合物中。打開(kāi)機(jī)殼后蓋，按動(dòng)選擇選擇鍵使小數(shù)碼管顯示為“1”。然后調(diào)節(jié)P1電位器，使大數(shù)碼管顯示為0.00，即調(diào)零完畢。n 精度調(diào)節(jié)： 按遙控器上“選擇選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“2”，再按“”或“”使大數(shù)碼管顯示數(shù)值與實(shí)際溫度值一致。n 自檢：n按遙控器上“

11、選擇選擇”鍵使小數(shù)碼管顯示為“3”，此時(shí)傳感器應(yīng)顯示30.0，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)為680Hz（或3.4mA）。n儀器零點(diǎn)、精度要定期調(diào)校，一般一月一次。2.6 風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器n風(fēng)速測(cè)量方法風(fēng)速測(cè)量方法1. 翼輪式風(fēng)表 機(jī)械翼輪式、電子翼輪式2. 皮托管-壓差計(jì)3. 超聲波風(fēng)速儀 渦旋式 時(shí)差式4. 熱效式風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n卡曼渦街卡曼渦街無(wú)限界流場(chǎng)中，流體流經(jīng)非流線性阻力體時(shí)，在阻力體下方形成兩列內(nèi)旋、互相交替的渦旋。馮卡曼數(shù)學(xué)推導(dǎo)了渦旋結(jié)構(gòu)及能量損失。n渦旋頻率與流體平均速度之間的關(guān)系：S斯脫哈爾常數(shù)；v未擾動(dòng)流體速度；d渦旋阻力體寬度vfSd一、超

12、聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n斯脫哈爾常數(shù)與阻力體形狀和擾動(dòng)體雷諾數(shù)有關(guān)。n擾動(dòng)體雷諾數(shù)：Re=Vd/: 當(dāng)Re5時(shí)，流體流經(jīng)阻力體時(shí)不分離； 當(dāng)5Re40時(shí)，形成渦街。n僅在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，斯脫哈爾數(shù)為恒定值。n流速低于某一閾值時(shí)，不能形成渦旋。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n渦旋風(fēng)速傳感器的結(jié)構(gòu)渦旋風(fēng)速傳感器的結(jié)構(gòu) 渦旋發(fā)生桿；振蕩器；發(fā)射換能器；接收換能器；電源；放大、解調(diào)、濾波、輸出等處理電路。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n工作原理工作原理發(fā)射換能器：發(fā)射連續(xù)等幅超聲波束；渦旋發(fā)生桿：產(chǎn)生渦旋；渦旋：調(diào)制超聲波束，形成調(diào)幅波，其頻率

13、為渦旋頻率；接收換能器：接收調(diào)幅超聲波束，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；放大、解調(diào)、濾波等：檢出渦旋個(gè)數(shù)；一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n技術(shù)要求技術(shù)要求1. 超聲波換能器振蕩頻率必須高于渦旋頻率兩個(gè)數(shù)量級(jí)，一般為140150kHz；2. 發(fā)射與接收換能器軸線至渦旋發(fā)生桿的距離H為發(fā)生桿直徑的6倍時(shí)，測(cè)速范圍內(nèi)線性最好；3. 為測(cè)量低風(fēng)速，應(yīng)增加渦旋發(fā)生桿尺寸或提高超聲波換能器的靈敏度。一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器一、超聲波渦旋風(fēng)速傳感器n技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)1. 優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，適于連續(xù)運(yùn)行，壽命長(zhǎng)；（2）線性輸出范圍寬，原理上無(wú)零漂，精度高；（3）響應(yīng)速度快；2. 缺點(diǎn)： 由于風(fēng)速不均勻

14、，固定點(diǎn)的風(fēng)速不一定等于斷面的平均風(fēng)速，代表性較差。二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器n基本原理基本原理 通過(guò)測(cè)定超聲波順風(fēng)流和逆風(fēng)流傳播一段距離的時(shí)間差來(lái)測(cè)定風(fēng)速。1212coscos112 cos112cosLtcvLtcvvLLLttLLvtt順流：逆流：則：二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器二、超聲波時(shí)差法風(fēng)速傳感器n基本原理基本原理 通過(guò)測(cè)定超聲波順風(fēng)流和逆風(fēng)流傳播一段距離的時(shí)間差來(lái)測(cè)定風(fēng)速。三、三、KGF15(原原CW-1)型風(fēng)速傳感器型風(fēng)速傳感器n技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：0.315m/s基本誤差：0.3m/s工作電壓：924V DC工作電流：70mA DC顯示方式：就

15、地顯示3位LED輸出信號(hào)：15mA DC、2001000Hz防爆型式：Exib三、三、KGF15(原原CW-1)型風(fēng)速傳感器型風(fēng)速傳感器n調(diào)校方法調(diào)校方法1. 首先測(cè)出安設(shè)地點(diǎn)巷道斷面平均風(fēng)速值；2. 安設(shè)風(fēng)速傳感器，風(fēng)流方向與傳感器的風(fēng)流指向偏差不大于5度；3. 連線開(kāi)機(jī)預(yù)熱后，按遙控器選擇鍵使小數(shù)碼顯示為“2”；4. 按遙控器上升或下降鍵使傳感器顯示值與斷面平均風(fēng)速值相等。5. 檢測(cè)傳感器輸出是否正常：按遙控器選擇鍵使小數(shù)碼顯示為“3”，此時(shí)的顯示若為3 . 則正常。 三、三、GLW100型管道流量傳感器型管道流量傳感器n工作原理工作原理1. 被測(cè)流體介質(zhì)以平均流速為v，流過(guò)迎面寬度為d的

16、三角柱旋渦發(fā)生體時(shí)，產(chǎn)生卡曼渦街；2. 在旋渦發(fā)生體中裝有檢測(cè)到渦旋頻率的探頭，通過(guò)相關(guān)電路處理成電信號(hào)輸送給傳感器；3. 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成傳感器就地顯示，同時(shí)輸出頻率信號(hào)至分站。1 1.25 /vfSd D d三、三、GLW100型管道流量傳感器型管道流量傳感器n主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍：8100m3/min(標(biāo)況流量)基本測(cè)量誤差：2.5% F.S信號(hào)輸出：200Hz1000Hz線性對(duì)應(yīng)0.00100 m3/min(標(biāo)況流量)介質(zhì)壓力：2.5MPa三、三、GLW100型管道流量傳感器型管道流量傳感器n安裝要求安裝要求1. 水平或垂直裝在與其公稱(chēng)通徑相應(yīng)的管道上；2. 傳感頭上、下游應(yīng)配一定長(zhǎng)度的直管道；3. 必要