甲烷传感器在煤矿瓦斯检测报警中的应用

　　煤炭行业的发展，为我国国民经济的发展做出了巨大贡献，同时也存在一些问题：煤矿数量多、分布广、地质构造复杂，瓦斯气体较为严重，矿井下瓦斯浓度超标给井下人员的安全造成极大威胁;由于煤矿企业设备的老化和环境等因素的影响，瓦斯事故时有发生;矿井下人员较多，一旦发生事故，所产生的救援难度较大。

　　甲烷传感器是煤矿瓦斯检测中必不可少的设备。甲烷传感器可以测量甲烷气体浓度、温度等参数，并将数据实时传输到煤矿井下控制中心。在实际使用过程中，甲烷传感器必须具有高精度、高稳定性、体积小、重量轻、寿命长、安全可靠等特点。

　　一、气体传感器分类

　　甲烷传感器按照检测原理可以分为催化燃烧式、电化学式和光学式三种类型。

　　1.催化燃烧式甲烷传感器具有良好的抗腐蚀能力，同时也能够对粉尘进行有效的过滤，使测量精度达到最高，但它对工作环境有一定的要求，即必须保证传感器的清洁。

　　2.电化学式甲烷传感器使用的是半导体式甲烷传感器，它在工作过程中不需要消耗电能，但是对环境有一定要求。

　　3.光学式甲烷传感器检测范围较广，精度也非常高，在日常工作中起到了很好的作用。但它受工作环境和温度等因素的影响较大。

　　4.半导体式甲烷传感器是用来测量甲烷气体浓度的一种高精度、非接触的传感器。它具有以下几个优点：体积小、重量轻、使用寿命长、检测范围大、响应速度快和输出信号稳定等。但它也有一些缺点：易受温度影响和干扰气体的影响。

　　5.半导体气敏元件是指一种以半导体材料为敏感元件的传感器。它主要由敏感元件、电子电路和检测系统组成。敏感元件主要是半导体材料，也可以采用金属氧化物或金属-半导体材料，如铂或镍等。敏感元件可以用来测量气体中甲烷和一氧化碳的浓度。但由于它需要将信号转变成电信号，因此其灵敏度和响应时间较低，容易受到环境湿度和温度的影响。

　　二、气体传感器的工作原理

　　甲烷传感器的工作原理是基于半导体气体传感器的。在气体传感器中，通过将特定的半导体材料与固定在传感器表面的气体分子接触，然后观察其发射出的光和辐射的形式。通过该方法可以检测出特定气体。气体传感器可以测量甲烷浓度，也可以测量氧气和一氧化碳浓度，还可以测量甲烷和氧气之间的比例。通过这些测量，传感器可以将数据转换为电信号。

　　1.工作原理：半导体气体传感器是利用半导体气体传感器检测甲烷或氧(二)离子，以测量甲烷或氧(二)离子浓度的传感器，主要由以下元件组成：扩散管电极、金属氧化物半导体元件、气室、气体浓度检测电路(包括电子电路和电流回路)等。扩散管通过将气体扩散到传感器表面并与电极接触而被吸收;在金属氧化物半导体元件的阳极上形成一层氧化物薄膜;在阳极上用两个电极分别连接甲烷或氧(二)离子浓度检测电路，以检测到两个电流，这两个电流是被相同电阻隔离的，并由同一负载进行控制。当电流流过时，该电阻会产生阻值变化，而该阻值会引起两个电流之间的差异。因此，我们可以通过测量这个差异来确定甲烷或氧(二)离子浓度。如果用它来检测甲烷气体的浓度或氧浓度，则传感器将得到一个电压信号。信号通过半导体表面进行处理和放大。

　　2.优点：半导体气体传感器具有非常高的灵敏度、稳定性、准确性和重复性等优点。使用寿命长，数据传输稳定可靠。

　　3.缺点：对甲烷气体具有一定程度的选择性差、可燃性甲烷传感器价格较贵、对温度和湿度有一定要求。

　　4.使用方法：根据需要将传感器连接到通风设备上，并选择适当数量的空气流通区域进行检测。

　　三、甲烷传感器使用中应注意事项

　　(1)传感器使用前，必须先检查电源的电压是否稳定，如不稳定，必须把传感器的电源开关打开，使其输出稳定电压。

　　(2)由于甲烷气体在矿井中容易聚集，在进行调试时，必须在地面上进行。

　　(3)为了更好地测量甲烷气体的浓度，必须根据实际情况对甲烷传感器进行定期标定和调整。这样，甲烷传感器就能更加准确地测量甲烷气体的浓度。

　　(4)在瓦斯检测中，甲烷传感器可用于检测瓦斯浓度。当煤矿井下有瓦斯气体时，甲烷传感器应与探测的煤矿瓦斯传感器保持一定的距离。当距离小于300 mm时，当甲烷含量超过5%时必须及时报警。

　　(5)矿井中如果存在有毒气体或一氧化碳，即使不存在瓦斯气体，也应随时检测浓度并及时报警。

　　1、工作原理

　　甲烷传感器主要是由敏感元件和气室组成。敏感元件是气体传感器的核心，它能够将被测气体浓度转换为电信号。气室则是为了将敏感元件输出的电信号进行放大、整形而设计的。在气室的内壁涂上一层吸收液，使甲烷气体吸收到气室内部，形成一个固定的环形腔，在气室内部表面涂有一层吸收剂，吸收剂与甲烷气体发生化学反应，产生大量的H2和CH4,两种气体在气室内部混合达到一定浓度时，由探测器进行检测，传感器便将此信号转化为电信号，并通过单片机将电信号送至控制器进行处理和显示。通过这种方式，实现对甲烷气体浓度的检测。

　　2、产品特点

　　(1)检测范围广，检测下限低。甲烷传感器对甲烷气体的响应范围为0~100% LEL，并且可以实现在线标定，精度高。使用寿命长，可达五年以上。

　　(2)甲烷传感器体积小、重量轻、成本低。

　　(3)甲烷传感器不需要对煤矿井下的甲烷气体进行预处理，只要能够检测到煤矿井下的甲烷气体浓度就可以了，即使在不可靠的煤矿中也可以使用。

　　(4)甲烷传感器有输出、模拟信号输入、RS485输出等多种方式。无论是使用RS485的方式，还是使用 MODBUS协议的方式都可以进行通讯。

　　(5)甲烷传感器是一种气态传感器，具有信号稳定、抗干扰能力强等特点，非常适合于煤矿井下使用。

　　四、结语

　　瓦斯爆炸是煤矿最严重的事故之一，由瓦斯引起的爆炸会造成人员伤亡和重大经济损失。安全是煤矿生产的重中之重，是实现煤矿安全生产、保护煤矿职工生命和财产安全的关键。因此，应加强对瓦斯气体的检测和监测，保证井下工作人员的安全，及时发现隐患并采取相应措施消除隐患。

甲烷传感器是监测煤矿瓦斯浓度和温度、压力、风速、风量等参数的主要仪器，随着计算机技术和网络通信技术的快速发展，甲烷传感器已经由传统的模拟器件向数字化器件发展，通过对甲烷传感器采集的数据进行分析处理和显示，可以实现实时在线监测和报警。

近年来，我国煤矿安全形势日趋严峻，因此必须建立有效的瓦斯管理体系。当前采用的一些传统方法都存在一定弊端：如现场操作人员必须在井下现场操作仪器等方式进行检测和报警;数据处理方法滞后于瓦斯管理需要等。