TXGJC4型矿用本安型低浓度甲烷断电仪.docx

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TXGJC4型矿用本安型低浓度甲烷断电仪

TX-GJC4型矿用本安型低浓度甲烷断电仪

在MG250-675/QWD型采煤机上的应用

摘要：

MG250-675/QWD型采煤机在综采工作面进行割煤装煤工作，在生产使用中经常要监测周围瓦斯浓度，以保障安全。

TX-GJC4型低浓度甲烷断电仪安装在MG250-675/QWD型采煤机上，可做到开机工作即可监测工作面风流中的瓦斯浓度，以免影响原煤生产，保障安全。

关键词：

自动监测瓦斯浓度声光报警简单快速方便报警值　　断电值

由青岛天迅电气有限公司研制生产的TX-GJC4型低浓度甲烷断电仪是煤矿专用的甲烷断电仪，由两部分组成：

DKJ-24/12型主模块和GJC4型甲烷传感器。

本断电仪的主控制模块安装在防爆壳体内，给本质安全型的传感器供电，同时接收来自传感器的检测信息，执行断电操作。

GJC4型低浓度甲烷传感器是本质安全型低浓度瓦斯测量仪器，用于测量0.00%～4.00%的瓦斯气体浓度。

可用于煤矿井下爆炸性环境中，防爆标志为ExdibI。

GJC4型低浓度瓦斯传感器可以连续测量0.00%～4.00%的瓦斯气体浓度，用LED数码显示其测量值，并将测量值转换成标准电信号输送给关联设备，当瓦斯气体达到一定浓度时，传感器发出声光报警信号和输出断电控制信号。

经国家防爆检验机关联机检验后，可与国内各类监测系统配套使用。

一、主控制模块

（一）功能介绍

DKJ-24/12型主模块专门于TX-GJC4型低浓度甲烷断电仪，能够提供12V本质安全型电源，为GJC4传感器供电，同时接收来自传感器的信息，执行断电保护操作。

１.满足本安要求，使用方便；

２.模块防护性能好，易于安装；

３.带有传感器输出信号的转换接口（选接），具体说明见接线说明；

４.树脂灌封；

５.由于环境条件的限制，根据本公司做瓦斯传感器的经验，从用户使用的可靠性方面着想，将内部电路部分用树脂灌封；

６.外部引线端子采用压线式，易于压接；

７.外部带有指示灯。

（二）主要技术性能指标

１.供电

（1）本模块有两种供电方式：

交流供电方式和直流供电方式，用户可根据实际情况进行选择；

（2）输入电压范围为：

18V到36V。

（3）输出12V直流，最大输出电流<350mA;

２.本安参数

（1）本安电源输出：

直流12V

（2）保护电流动作值：

<350mA

（3）短路电流：

<350mA

（4）过压保护动作值：

13V～14V

（5）额定工作电流：

60mA

３.输出继电器参数

5A/250VAC30VDC

４.外部尺寸：

197×92×45mm；

５.重量：

约0.7Kg；

（三）接线说明

模块分两端出线，前侧共四个端子，为本质安全型，具体定义如下：

端子号

定义

说明

1

本安12V输出正

严格按照正负关系

2

本安12V输出负

3

SI

接来自传感器的信号端

4

备用

***

后侧共五个端子，为非本安型，包括电源输入端子和继电器输出端子。

具体定义如下：

端子号

定义

说明

1

POW

没有正负之分

2

3

继电器输出公共端

详细请参照参数说明

4

继电器输出常闭

5

继电器输出常开

端子号的排列规则为：

正视端子，从左至右依次为1、2、3┄。

（四）指示灯说明

本安侧指示灯指示本安电源，非本安侧两个指示灯，左侧（正视）是电源输入指示灯，右侧为继电器状态指示。

二、低浓度甲烷传感器

（一）功能

１.监测0.00%～4.00%的瓦斯，用LED数码显示测量值。

２.当瓦斯气体达到一定浓度时，有声光报警及断电控制信号输出功能。

３.对应测量值输出200Hz～1000Hz频率信号。

４.遥控或按键调节传感器零点、灵敏度、报警点、控制点、控制恢复点。

５.符合矿井环境需要的本质安全设计，耐压，耐腐蚀，防潮和密封。

（二）工作原理

GJC4传感器是一个以AT89LV52单片机为CPU的智能系统,并采用3.3V低电压供电，大大降低了传感器的功耗。

该传感器测量瓦斯浓度采用热催化原理，热催化元件和电阻及数字可调电位器组成惠斯登电桥，当环境中的瓦斯以扩散方式进入气室时，与敏感元件反应，电桥有与瓦斯浓度相对应的电讯号输出，该信号经A/D转换器转换后，送到单片机89LV52进行数据处理，来完成显示、报警等功能。

传感器内部由主板、电源转换模块、敏感头及蜂鸣器组成。

各部分连接如下图一所示。

传感器电路原理框图如图二所示。

图一

１.单片机部分

传感器采用的AT89LV52单片机，芯片内有256个字节的RAM，程序存储器在片内，共有8K字节的程序空间，三组并口可方便地与外部进行数据的读写交换。

3.2电可擦数据存储器及自动复位电路

电可擦数据存储器用于掉电后保存数据，采用25045芯片，其存储量为128字节，掉电后数据可保存100年，擦写次数为100,000次。

25045同时具有自动复位功能，当CPU意外死机时，25045可自动发出复位信号使CPU复位。

２.数字电位器

传感器采用数字电位器，不需要人工进行硬件调整，通过按键或遥控器选择的“调零点”和“调灵敏度”功能，在调整过程中会自动选择最佳的数字电位器值。

３.数据采样电路

当瓦斯浓度改变时，由敏感头组成的桥路产生电压变化，采样电路和A/D转换电路将此变化电压，转化为数字信号，输出给CPU，由此测得瓦斯浓度值。

A/D变换用10位串行A/D转换器TLV1549。

４.声光报警及控制信号输出

当测量到的瓦斯浓度达到报警点时，蜂鸣器及发光管产生声光报警，当测量到的瓦斯浓度到达断电点时，除声光报警外同时还输出断电控制信号（5mA电流信号）。

５.显示

4位LED数字显示，显示传感器测量值。

可通过显示查看传感器的数字电位器设置值、报警值、断电值、复位值等信息。

６.遥控及按键输入

在传感器主板上带有按键，通过按键可进行调零点、调灵敏度，设置报警控制点等功能操作。

遥控采用红外遥控组件及CPU直接解码技术，将遥控对准传感器显示窗口（距离在3米内），按遥控器上的按键可实现与主板上按键同样的功能。

７.敏感头

敏感头由黑白元件组成，黑白元件串联作为电桥的一臂，电阻构成电桥的另一臂，如图三所示。

电桥两端加稳定的电压U（3V），当含有瓦斯的空气在高温和铂黑催化剂的作用下，发生无焰燃烧，而在白元件上则不使瓦斯燃烧，从而使黑元件的温度比白元件高。

黑元件中的铂丝既是加热元件又是感应温度的热敏元件。

根据铂丝的正温度系数的特性，温度高时电阻大，黑元件上的电压降增大，电桥失去平衡使输出电压U1发生变化。

８.电源转换电路采用开关电源的原理

将6-21V直流电源转换为3.3V直流电源。

（三）主要技术性能指标

１.传感器测量参数

测量瓦斯浓度范围0.00%～４.00%，LED数码显示。

２.传感器测量精度

测量瓦斯浓度（%CH4）

基本误差

0.00～1.00

≤±0.10

＞1.00～2.00

≤±0.20

＞2.00～4.00

≤±0.30

３.电性能参数

传感器耗电总电流＜60mA，电源电压为+6V～21V。

本安输出信号：

200Hz～1000Hz。

最大输出电流5mA。

控制信号输出：

最大输出电流5mA

报警方式：

间歇式声光报警

声强≥80dB，光强：

能见度≥20m

报警值范围：

0.50～断电点间任意设定

断电值范围:

0.50～3.99任意设定

复电值范围:

在大于0.50且小于断电值范围内任意设定

采样方式:

扩散式

反应速度≤30S

遥控器所用电池节数:

2节

遥控器所用电池型号、规格：

普通5号干电池

遥控器所用电池工作参数：

单节工作电压直流1.5V

4.工作条件：

（1）环境温度：

0～40℃；

（2）相对湿度≤98%；

（3）大气压力：

86～106KPa。

（4）风速：

0～8m/s。

５.关联设备：

矿井监测系统的矿用隔爆兼本安型电源箱；

DKJ-127/12型断电仪主模块。

６.传感器所用电缆型号

电缆型号：

PUYVR4*1*7/0.52

７.外形尺寸与重量

（1）外形尺寸：

220mm×120mm×55mm

（2）重量：

约1Kg

８.遥控器有效范围

对准显示窗口3m。

（四）使用方法

1.操作步骤

（1）传感器接线

线色

信号

红

电源正（6-21V）

黑

电源负（地）

白（黄）

信号输出（200Hz-1000Hz）

兰（绿）

控制信号输出

（2）将传感器悬挂在工作场所

（3）将四芯电缆插头旋入传感器的电缆插孔，这时传感器显示窗口左边第一个数码管显示“=”（表示EEPROM中没有保存的参数，这种情况必须调零点及灵敏度后才能正常工作）或“三”（表示EEPROM中有保存的参数），表示已接通电源，传感器显示窗口左边的红色发光管亮表示传感器已接入关联设备（例如分站）且输出正常，等待5秒后传感器显示数值即表示进入工作状态。

２.键盘及遥控器的使用

键盘共三个按键。

“S1”为选择键，“S2”为上箭头，“S3”为下箭头。

按遥控器（遥控器对准显示窗口距离小于3m）的选择键或按键盘选择键，可选择所需功能，按键有效时传感器蜂鸣器发声。

按选择键依次选择如下功能：

（1）自检

标记符为“J”，进入自检状态并未进入实际的自检过程，在自检状态按“▲”或“▼”在自检过程或非自检过程翻转。

自检过程显示并发送2.00%CH4（600Hz）信号。

按选择键退出自检状态进入下面功能。

（2）查零点及灵敏度电位器滑动位置值

标记符为“三”，第一位显示“P”则显示零点电位器滑动位置值，滑动点位共有32点，黑白元件配对比较好时在“16”左右，即中点位置。

第一位显示“L”则显示灵敏度电位器滑动位置值，滑动点位共有32点，数值大小反应元件灵敏度大小。

按选择键退出本状态进入下面功能。

按“▲”或“▼”键选择显示零点电位器滑动位置值或灵敏度电位器滑动位置值。

（3）调整零点

标记符为“P”，按“▲”或“▼”自动开始校零，完成后闪烁显示“0.00”，“▲”及“▼”键各按一次（哪个键先按都可）确认本次校正为有效，按“选择”键或其它组合键则本次校正无效退出。

（4）调灵敏度

标记符为“L”，通标准瓦斯气样后，按“▲”（显示数值增0.01）或按“▼”（显示数值减0.01），将显示数值调整到通入瓦斯气样的值后完成，按“选择”键结束调整，这时闪烁显示数值，“▲”及“▼”键各按一次（哪个键先按都可）确认本次校正为有效，按“选择”键或其它组合键则本次校正无效退出。

（5）设置报警值

标记符为“b”，设置传感器的报警点，按“▲”（显示数值增0.01）或“▼”（显示数值减0.01），按“选择”键结束调整，这时闪烁显示数值，再按“▲”或“▼”键确认本次校正为有效，若按“选择”键则本次校正无效退出。

范围为0.50～3.99。

（6）设置断电值

标记符为“d”，设置传感器的断电点，按“▲”（显示数值增0.01）或按“▼”（显示数值减0.01），按“选择”键结束调整，这时闪烁显示数值，再按“▲”或“▼”键确认本次校正为有效，若按“选择”键则本次校正无效退出。

范围为0.50～3.99，必须≥复电值+0.01。

（7）设置复电值

标记符为“F”，设置传感器的复电点，按“▲”（显示数值增0.01）或按“▼”（显示数值减0.01），按“选择”键结束调整，这时闪烁显示数值，再按“▲”或“▼”键确认本次校正为有效，若按“选择”键则本次校正无效退出。

范围为0.50～3.98，必须≤断电值-0.01。

３.传感器显示

显示共四位

红标数数数

色志据据据

发位位小位位

光1数23

管点

（1）当传感器正常使用测量瓦斯浓度时，左起第一位（标志位）为正负号，左起第二位（数据位1）为整数位，右边两位（数据位2、数据位3）为小数位，整数位后有小数点分割。

（2）当对传感器进行调节时，左起第一位显示调节内容即标志位，后三位显示相应信息。

标志位所显示的内容参看“5.2”。

（3）当传感器与关联设备（例如分站）接通且输出信号正常时“红色发光管”亮。

４.传感器调节方法

（1）传感器零点调节（参看调整零点）

传感器进入工作状态预热20分钟后，在新鲜空气中观察数字显示是否在零点，若有偏差，将遥控器对准传感器（距离小于3米）连续按选择键到调“零点”状态；当数码管显示PX.XX时按上箭头（▲），待数码管闪烁显示0.00时再按上箭头（▲）及下箭头（▼）各一次，此时数码管稳定显示0.00，则零点调节完毕。

注：

X.XX为某一数值显示。

（2）传感器精度调节（参看调灵敏度）

零点调节后，将通气罩套到传感器气室外面，向气室通入2.00%的瓦斯标准气样，气体流量应为100mL～200mL/min之间，气体进入传感器后，传感器显示及输出应与通入的瓦斯气样浓度值相对应（2.00%的气体应显示2.00，输出为600Hz），若有偏差可用以下方法调整精度：

将遥控器对准传感器（距离小于3米），连续按选择键到调“灵敏度”状态；当数码管显示L-X.XX时按上（▲）或下（▼）箭头，按（▲）数值增加0.01，按（▼）数值减少0.01，调整到显示值为2.00后，按“选择”键，待数码管闪烁显示为2.00时，再按上箭头（▲）及下箭头（▼）各一次确认调整。

为提高校正精度，最好用2.00%左右的气样。

（3）报警点设定

将遥控器对准传感器（距离小于3米），连续按选择键调传感器“报警点”状态；当数码管显示b.X.XX时，按上（▲）或下（▼）箭头，按（▲）数值增加0.01，按（▼）数值减少0.01待数码管显示所选值时，按选择键此时闪烁显示所选值，再按上箭头（▲）或按下箭头（▼）确认（按选择键取消本次调整），报警点调节完毕。

（4）断电点设定

将遥控器对准传感器（距离小于3米），连续按选择键调传感器断电点；当数码管显示d.X.XX时，按上（▲）或下（▼）箭头，待数码管显示所选值时，按选择键此时闪烁显示所选值，再按上箭头（▲）或按下箭头（▼）确认（按选择键取消本次调整），断电点调节完毕。

（5）复电点设定

将遥控器对准传感器（距离小于3米），连续按选择键调传感器复电点；当数码管显示F.X.XX时，按上（▲）或（▼）箭头，待数码管显示所选值时，按选择键此时闪烁显示所选值，再按上箭头（▲），复电点调节完毕。

注意：

复电点只能比断电点小。

５.电位器补充说明

在文中我们提到了数字电位器。

数字电位器的使用使GJC4传感器在不开盖的情况下能对硬件电路电阻参数进行调整。

但在具体使用时硬件电路参数的频繁调整即没有必要有时还会由于调整不当引起一些问题。

GJC4传感器另一种硬件配置是用同样阻值的手动可调电位器代替数字电位器，“N2”（原数字电位器X9313ZP）用“102”代替，“N3”（原数字电位器X9313WP）用“103”代替。

在出厂、更换黑白元件或黑白元件长期使用后参数有比较大的变化时需要手工调整这二个电位器，其它情况下不需要调整。

调整方法说明如下：

（1）调整零点电位器102

用万用表的直流电压档测量黑白元件公共端（电路板上插座P2的中间点，接入黄线）对地的电压V1，再测量“N4”（LM358）的“5”脚对地的电压V2，调整电位器102使V2=V1。

顺时针调整时V2降低，逆时针调整时V2增加。

调整好后最好用胶封好电位器调整处。

（2）调整灵敏度电位器103

按遥控器的选择键，使传感器进入“查零点电位器滑动位置值”状态，这时第一位数码显示“P”。

再按三次“▼”键，后三位数码将显示当前“AD转换值”。

置传感器在无瓦斯的空气中，数值显示“0.00”，查看其“AD转换值”A0（例如为“846”），再给传感器通瓦斯气样（最好是大于2%的气样，比如3%的气样），待显示值稳定后查看其“AD转换值”A1，调整电位器103使（A0-A1）≥气样值*100+50（例如3%的气样则要求（A0-A1）≥350）。

顺时针调整时“AD转换值”变小（（A0-A1）差值变大），逆时针调整时“AD转换值”变大（（A0-A1）差值变小）。

调整好后最好用胶封好电位器调整处。

在使用过程中若黑白元件参数没有很大变化不再需要调整这二个电位器，只需通过遥控器调整即可。

三、使用与维护

（一）典型应用

（二）使用注意事项

１.在未做相应的试验情况下，不得应用于其它场合。

２.操作人员应认真阅读说明书，并按照煤矿安全规程规定进行安装、检修。

３.主模块提供本安电源及接收本安信号，但自身并不是本质安全的，必须安装在防爆箱体内。

４.本传感器应固定专人使用维修，严格按使用说明书进行操作，非专职人员e.禁止使用、拆开传感器。

５.在使用中避免猛烈摔打、碰撞。

６.对传感器的零点、测试精度要定期调校，一般为七天一次，若未超差时可继续使用。

７.不用标准气样或通气流量不在规定范围内（100mL～200mL/min）进行灵敏度调整可能会引起线性误差，使用时尽量避免这种种情况。

（三）维护与维修

１.主控制模块用环氧树脂灌封，为免维修型；

２.敏感头（黑白元件）的使用寿命大于一年，但当用户发现其灵敏度偏低和反应缓慢时则应更换。

对于已更换敏感头的传感器，应进行重新调零和灵敏度。

３.传感器每次标定前，应将气孔周围的煤灰清理干净，以保证气路畅通。

４.传感器发生故障时，应取回在井上检修，无法排除故障时,通知厂家进行维修或寄回生产厂家进行维修。

５.不得随意更改电路结构及元件参数，以免影响整机防爆性能，发生事故。

作者简介：

姓名：

李凤海性别：

男出生日期：

1973年1月22日参加工作时间：

1991年7月30日学历：

本科专业：

机电职称：

助理工程师职务：

技术员

TX-GJC4型矿用本安型低浓度甲烷断电仪

在MG250-675/QWD型采煤机上的应用

李凤海

雁南煤矿综采队