[发明专利]用于监测甲烷浓度的装置

说明书

本发明涉及一种用于煤矿井下掘进工作面和回风巷道等场所检测、显示甲烷浓度，在甲烷浓度超限时实现声、光报警，并能输出甲烷浓度方波信号的监测甲烷浓度的装置。

能实现上述功能，并具有代表性的甲烷浓度监测装置是FDZB-ZC型甲烷传感器，这种甲烷传感器采用两粒铂合金制成的热催化元件来检测甲烷浓度，其中一粒的表面涂有催化剂，为检测元件；另一粒的表面涂惰性物质，为温度补偿元件；将经过严格挑选搭配的这一对元件接入如图1所示检测电桥的两个臂上，通以适当的工作电流，在甲烷浓度为零时，将电桥调至平衡状态，当甲烷与涂有催化剂的检测元件接触时，甲烷借元件表面温度而无焰燃烧，使元件温度升高，阻值增加，电桥失去平衡，测量电桥输出端的电位差，即测量了甲烷浓度。这种检测元件只能检测低浓度的甲烷，当甲烷浓度≥3.5％时，必须对检测电桥实施断电保护，因此，这种甲烷传感器的检测范围小。此外，这种甲烷传感器在电路设计上虽然已经采用了高度集成化的技术，但毕竟未达到智能化的程度，因此，检测响应速度慢，一般为20-30秒，这一点对于高瓦斯矿井来说，就有可能在传感器未反应过来时，即已发生爆炸事故。再者，这种甲烷传感器不具备断电控制量输出功能，对远程断电器不能实施自动控制，因此，虽已发出甲烷浓度超限声、光报警，但仍不能有效地及时切断引爆源。

本发明的目的是提供一种测量范围广，能在高甲烷浓度的环境中继续保持监测甲烷浓度的装置。

本发明的技术解决方案是：设置高浓度甲烷检测电桥，由铂合金制作的分别装在密封气室和通风气室中的温度补偿元件和同甲烷分子碰撞时其表面温度下降的检测元件接在检测电桥的两个臂上，且高浓度甲烷检测电桥同低浓度甲烷检测电桥由高低浓度转换继电器控制实现工作转换。

下面结合附图和实施例来进一步阐明本发明的详细内容。

图1：甲烷浓度检测电桥工作原理图；

图2：本发明实施例的整机方框图；

图3：本发明实施例电路原理图。

如图3所示：本发明的实施例由甲烷浓度检测电桥、单片微机系统和功能电路组成，其中功能电路是下列功能电路的一种或多种组合：甲烷浓度超限声报警电路，甲烷浓度超限光报警电路，甲烷浓度数字显示电路，甲烷浓度方波信号输出电路和断电控制量输出电路。

甲烷浓度检测电桥包括高浓度甲烷检测电桥和低浓度甲烷检测电桥，两检测电桥由高、低浓度转换继电器(RL)控制实现工作转换，两检测电桥的检测元件和温度补偿元件分别接在两检测电桥的两个臂上，且均用铂合金制成，其中低浓检测元件(CT1)的表面涂有催化剂，低浓温度补偿元件(CT2)的表面涂有惰尾物质，且低浓检测元件(CT1)、低浓温度补偿元件(CT2)和高浓检测元件(HC2)分别装在三个通风气室内，而高浓温度补偿元件(HC1)则装在密封气室内，所述的高浓检测元件是一种同甲烷分子碰撞时，其表面温度呈下降状态的检测元件。

单片微机系统设置在检测电桥同功能电路之间，由前置放大电路、A/D转换器和单片微机组成。

前置放大电路是将检测电桥输出的电压信号进行放大，并输出模拟电压信号。A/D转换器是将前置放大电路输出的模拟电压信号转换成适宜于单片微机处理的数字信号。本实施例采用ICL7650高精度渐波自稳零运算放大器作前置放大电路，采用ADC0804转换器作A/D转换器。