定及使用寿命长，目前已成为国内外检测瓦斯的主要传感元件，特别是我国和英日美诸国应用尤为广泛。热导式传感元件此类传感元件不适于低浓度瓦斯的检测。声波传感元件声波及超声波传感器，广泛应用于水下探测，地震检测等方面。煤矿也可利用声波传感器进行瓦斯及其它参数的检测。但其敏感性不强，分辨率较差，只适用于高浓度瓦斯变化的检测。气敏半导体传感元件气敏半导体传感元件由些金属氧化物制成。它可以定量或定性的检测各种还原性气体，可燃性气体。气敏半导体传感器制造简单，使用方便，但需要两组电源，耗电量大，且对被吸附气体的选择性较差。红外激光谱吸收原理传感元件红外激光测试瓦斯含量选择性能好，灵敏度高，其存在的技术问题是激光器电源电压高，设备结构和制造工艺比较复杂。我国目前的瓦斯检测装置几乎全部采用热催化原理检测瓦斯。热催化原理有定的局限性，但是却具有价格低廉的特点，易于煤矿量大面广的使用，使用载体催化元件检测占据了矿井瓦斯和多种易燃易爆气体检测领域的首位。其工作原理是利用可燃气体在催化剂的作用下进行无烟燃烧，产生热量，使元件电阻温度升高而发生变化，测知瓦斯的浓度。这种传感器的优点是精度较高，输出信号较大时，输出电压可达，且不受其它可燃气和灰尘存在的影响。由于在实际煤矿井下工作中，应用比较普遍的是载体催化燃烧式检测仪器。所以在设计中我们对其工作原理进行介绍，也选用此种工作原理的传感器。载体催化燃烧式传感元件工作原理载体催化燃烧式传感元件是用铂丝按定的几何参数绕制的螺线圈，外表上浸渍有层铂钯催化剂。因为这种检测元件表面呈黑色，所以又称黑元件除黑元件外，在仪器的甲烷检测室中，还有个与检测元件构造相同，但表面没有涂催化剂的补偿元件称白元件。黑白元件分别接在个电桥的两个相邻桥壁上，而电桥的另外两个桥臂分别接入适当的电阻，它们共同组成的测量电路如图所示。图载体催化传感元件测量电路图当定的工作电流通过检测元件黑元件时，其表面即被加热到定的温度，而这时当含有瓦斯的空气接触到检测元件表面时，便被催化燃烧，燃烧放出的热量又反过来进步使元件的温度升高，使铂丝的电阻值明显增加，于是电桥就失去平衡，输出定的电压。催化反应的方程式为是催化传感元件，为补偿元件。将和置于同测量环境中，由稳压电源供电。在无瓦斯的新鲜空气中调整电桥使之平衡，信号输出电压当瓦斯存在时，在催化传感元件表面发生无焰催化燃烧，电阻值随温度上升而增加为，李萍煤矿瓦斯监测报警装置设计而补偿元件阻值不变，从而电桥失去平衡。当采用恒压源供电时，输出不平衡电压为由于则电桥输出电压取决于敏感元件的阻值变化量。对于铂丝元件，其电阻变化量可用下式表示其中，与敏感元件的材料性质结构尺寸有关扩散系数和瓦斯的分子燃烧热都是常数，可用个常数代表这些因素，因而上式可写为即在理想情况下，电桥输出电压与瓦斯浓度成正比在定浓度范围内，电桥输出电压与瓦斯浓度呈线性。传感器的选择瓦斯传感器检测范围的选择不同的瓦斯传感元件有不同的瓦斯浓度检测范围，在选择元件时要结合实际煤矿生产过程相关规程对瓦斯浓度的要求。煤矿安全规程对井下各点瓦斯浓度的规定如下矿井总回风巷或翼回风巷风流中瓦斯浓度超过，矿总工程师必须立即查明原因，进行处理，并报告矿务局总工程师。采区回风巷采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过时，必须停止工作，撤出人员，并由矿总工程师负责采取措施，进行处理。综合机械化水采和煤层厚度小于米的保护层的采煤工作面，经抽放瓦斯和增加风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到以下时，经矿务局局长批准，瓦斯浓度最高不得超过，并应符合下列要求工作面的风流控制必须可靠通风巷必须保持设计断面必须制定安全措施，配有专职瓦斯检查员并安设瓦斯自动检测报警断电装置。采掘工作面风流中瓦斯浓度达到时，必须停止用电钻打眼放炮地点附近米以内风流中的瓦斯浓度达到时，严禁放炮。采掘工作面风流中瓦斯浓度达到时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理电动机或其开关地点附近米以内风流中瓦斯浓度达到时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。采掘工作面内，体积大于立方米的空间，局部积聚瓦斯浓度达到时，附近,李萍煤矿瓦斯监测报警装置设计,前言我国是煤炭生产大国，随着煤矿机械化程度的提高，矿井生产能力和生产效率普遍加大，煤炭年产量居世界首位，产煤量占世界总产煤量的。但同时我国也是煤矿安全形势最为严峻的国家之。近年来，瓦斯爆炸煤与瓦斯突出等灾害，严重威胁着煤矿的安全生产和数百万名矿工的生命安全，瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素。随着煤矿开采技术手段的不断改进和开采规模的扩大及开采深度的不断延伸，安全隐患越来越多，瓦斯事故特别是中特大瓦斯事故在煤矿事故中所占的比例也越来越高。如果不把瓦斯事故控制住，就不能实现煤矿安全生产状况的稳定，也就无法保障煤炭工业的持续健康发展。所以，对煤矿井下瓦斯气体进行快速准确的监测显得尤为重要，对易燃易爆混合气体监测的研究也成为人们直关注的问题。多年来的实践证明，瓦斯浓度的监测监控器在监测煤矿井下安全状况，防范安全隐患方面起着重要作用。充分发挥其作用，是我国煤矿安全形势好转的关键。近年来，国有重点煤矿瓦斯爆炸事故减少的原因之，就是绝大多数煤矿的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安装了瓦斯浓度监测监控器。李萍煤矿瓦斯监测报警装置设计绪论研究背景和意义当前，随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的监测和报警仍存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存在煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。瓦斯是种无色无味的气体，主要成份是甲烷，密度为，对人体的危害是超限时能引起人窒息死亡。在地下采矿时候，井内常常会泄露定量的和等气体，后种含量少，切易溶于水，经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。但前两种气体含量多，且几乎不容于水，属于易燃易爆气体。由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对瓦斯气体的监测和报警是项必要的工作。瓦斯报警是指利用气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。因此本论文设计种煤矿瓦斯监测报警装置，用于监测井下瓦斯的浓度，并且能将其显示在数码管上，当瓦斯浓度达到定的警戒值时，发出声光报警，从而能够更好的保障煤矿安全生产及井下作业人员的安全。国内外发展状况井下瓦斯监控技术是随着煤炭工业发展而逐步发展起来的。年，英国发明了世界上第种瓦斯检测仪器瓦斯检定灯。利用火焰的高度来检测瓦斯浓度世纪年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，直沿用至今世纪年代，美国研制了检测瓦斯浓度的敏感原件铂丝催化元件年，英国采矿安全所研制了最早的载体催化元件。电子技术的进展推动了瓦斯检测控制装置的进步发展，如世纪年代后期法国研制的矿井监控系统，英国的，美国的系统等。我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂，从低水平到高水平的发展过程。从新中国成立初期到世纪年代，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪，风表等携带式仪器检测井下参数。世纪年代初期，我国开始研制载体催化元件，随着敏感原件制造水平的提高和电子技术的发展，特别是大规模集成电路微型计算机的广泛应用，使监控技术进入了新的发展时期。世纪年代瓦斯断电仪问世，装备在采掘工作面，回风港道等井下固定地点，实现了对瓦斯的自动连续检测及超限自动切断被控制设备的电源的功能。随后，我国陆续研制了便携式瓦斯监控检测报警仪，瓦斯报警矿灯。年至年从欧美国家先后引进了数十套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井，并相应的引进了部分监控系统，传感器和敏感元件制造技术，由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展。年以后，国内有多种型号矿井监测系统通过了技术鉴定，逐步实现了对煤矿矿井安全，生产多种参数的连续监测监控数据存储和数据处理。近几年，随着计算机的发明和应用，特别是网络和信息化建设的不断发展，给瓦斯治理提供了机遇条件，煤矿瓦斯监控网络系统应运而生。这些装备和系统的推广与应用，丰富了我国煤矿安全监控产品的市场，改善了煤矿安全技术装备的面貌，缩小了我国与国外先进技术水平的差距。李萍煤矿瓦斯监测报警装置设计煤矿瓦斯监测报警装置的设计方案方案的选择方案，通过传感器感受到瓦斯，传感器输出的电压随着瓦斯浓度的升高而增加，并且驱动蜂鸣报警器。电路简单可靠，但是灵活性和实用性差。方案二，甲烷进入传感器后，输出电参量，该电参量的大小随着甲烷浓度成正比例的变化。输出的电参量，路直接送给电表指示出相应的甲烷浓度，另路由传感器送到放大开关线路的输入端。当送给放大开关线路的电参量超过其动作阀值时，则放大开关线路动作驱动三极管导通报警电路。该方案有定的灵活性和可执性，但是电路比较复杂，智能性差。方案三，通过单片机作为主控单元，并且能够通过传感器把模拟信号通过信号转换为数字信号，能在短时间内连续检测出甲烷浓度的变化，针对不同的应用场合做出不同的浓度设定。综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强，使用更方便，所以本设计使用方案三。煤矿瓦斯监测报警装置的总体设计系统总体结构系统总体结构框图如图所示。图系统总体结构框图该设计采用作为单片机进行控制，传感信号由气敏电阻和放大器转换成电信号，由转换成数字量，监测电路可靠工作。气体监测仪表的功能主要有监测气体浓度值，设置报警点，超限进行声光报警等。软件算法采用设定值和测量值比较的算法，瓦斯传感器晶振复位电路报警电路显示电路电源电路放大电路采用中断程序，以及时中断主程序。系统的功能设计个瓦斯气体安全监测装置，在气体浓度定的范围内进行安全监测，并能在被控对象气体浓度超过标准值时进行报警。假设该瓦斯监测报警装置能实现以下的功能气体监测，超过设定的门限值后自动报警。以单片机为主，气敏传感器与单片机相连接，再加上浓度控制部分和人机对话部分来共同实