红外甲烷传感器的研究及应用

摘 要 GJG10H型红外甲烷传感器是半固定式安全型的专门用于煤矿用来检测矿井下低浓度甲烷气体的专业化的检测仪表。G10H型红外甲烷传感器以其灵敏度高、抗冲击能力强、维护及使用方便、连续性强、检测精度高、使用寿命长等优点受到了煤矿企业的青睐，成为煤矿企业检测矿井下低浓度甲烷气体仪器的首选，因此，对GJG10H型红外甲烷传感器进行研究是非常必要的。本文立足于GJG10H型红外甲烷传感器的工作原理，阐述了GJG10H型红外甲烷传感器的产品特点、技术及结构特征，并对GJG10H型红外甲烷传感器的应用进行了展望，得出结论：GJG10H型红外甲烷传感器不受硫化氢等其他有毒有害气体的影响，专门检测甲烷气体的仪器，应当在煤矿企业得到广泛的应用，对我国煤矿企业的安全生产有着至关重要的作用。通过对GJG10H型红外甲烷传感器的研究，希望能够为我国煤矿企业的科学发展提供有益的帮助。

关键词 红外甲烷传感器；工作原理；应用

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0026-02

GJG10H型红外甲烷传感器是半固定式安全型的专门用于煤矿用来检测矿井下甲烷气体的专业化的检测仪表。对我国的煤矿企业的安全生产有着至关重要的作用。随着近年来气体红外检测技术的进一步成熟和发展，红外甲烷传感器在煤矿企业中得到了越来越多的应用。刘岗在《矿用红外瓦斯传感器的设计》一文中提出：“近年来，随着红外气体检测技术飞速发展，越来越多的民用红外气体传感器走进人们的日常生活，然而在煤矿用瓦斯气体传感器研制方面却进展缓慢，一方面是因为在该领域投入和开展的工作较少，技术上存在一定制约；另一方面因为矿井下特殊环境对传感器的要求十分严格，需要能保证检测仪绝对的使用安全才能投入实际使用。作为检测易燃易爆的瓦斯气体的仪表，除了要有精度高、响应快、误差小等性能指标外，其本身的使用安全和防爆性能尤为重要。”红外甲烷传感器使用安全性和防爆性为社会各界及专业人士所重视。GJG10H型红外甲烷传感器以其灵敏度高、抗冲击能力强、维护及使用方便、连续性强、检测精度高、使用寿命长等优点受到了煤矿企业的青睐，广泛用于煤矿井下的机电峒室、采掘工作面、回风巷道等重要地点和场所，有效规避煤矿企业瓦斯爆炸的危险，成为煤矿企业检测矿井下甲烷气体仪器的首选。

1 GJG10H型红外甲烷传感器的工作原理

GJG10H型红外甲烷传感器采用国际先进的NDIR非色散红外气体分析技术测量低浓度甲烷气体的浓度。根据朗-伯比尔定律，每种具有极性分子结构的气体都有对应的红外线特征吸收波长，在光程和反射系数不变的情况下气体浓度与吸收率成正比关系。GJG10H型红外甲烷传感器就是基于此原理研制而成的。工作温度为0℃～+40℃，相对湿度为≤99%，无冷凝，工作压力为80 kPa～116 kPa，风速为≤8 m/s。GJG10H型红外甲烷传感器的整体设计体小量轻、新颖美观、调节方便，长方体结构的外型易于煤矿企业对该仪器进行固定，不锈钢冲压而成的主机机壳有较强的防爆性，安全系数较高，前后盖的合缝处的橡胶密封围具有防尘、防水功能，四位七段红色数码管组成显示窗有利于工作人员及时检测低浓度甲烷气体的含量，甲烷气体检测元件与限制扩散式气室安装在下部对低浓度甲烷气体的检测更为敏感，能够连续检测煤矿井下低浓度甲烷气体的浓度。如图1所示。

GJG10H型红外甲烷传感器能够实现对甲烷气体浓度的连续检测并就地显示，同时通过转换过的标准电信号将瓦斯浓度值直接传输给关联设备，通过主仪器与关联设备的共同作用，有效降低煤矿企业瓦斯爆炸的风险。GJG10H型红外甲烷传感器的配套设备主要有井下分站电源箱、矿用隔爆兼本安直流稳压电源、矿用遥控器等。GJG10H型红外甲烷传感器对的红外线气体检测原理是根据极性分子结构的气体相对应的特征吸收波长的不同进行检测的，甲烷气体为3.33 um的特征吸收波长，当GJG10H型红外甲烷传感器的红外光通过被检测的气体时，波长的损失量按照朗波-比尔定律公式进行换算，就能得出目标气体的甲烷浓度。在检测的过程中，GJG10H型红外甲烷传感器压力适应的范围较宽并且不受被检测的目标气体的温度、湿度、成分的影响，与传统的热导原理甲烷传感器相比，具有非常大的优势。

2 GJG10H型红外甲烷传感器的应用

2.1 GJG10H型红外甲烷传感器在应用中的技术特征

GJG10H型红外甲烷传感器NDIR红外气体检测先进技术的采用，使仪器的调校周期更长、检测精度更高，数字化的高集成处理电路以及高性能单片微机的采用，使仪器的整机电路性能可靠、结构简单、便于维护、调试，具有断电信号输出、超限声光报警、就地显示瓦斯浓度值等功能，整机采用低功耗设计，开关电源的高效率，增加了检测信号的传输距离。具有自检故障功能，是仪器在使用、维护时非常方便。高强度不锈钢外壳结构的采用，增强了传感器的抗冲击能力。整机工作电压为（9～24） VDC（本安电源），整机工作电流为≤80 mA，功耗为≤18V.50mA，测量范围为0%CH4～10%CH4，分辨率为0.01，测量精度（如表1所示），显示方式为四位七段红色数码管，左起第一位功能显示：

“1”—调零，“2”—灵敏度调节 ，“3”—调报警点，“4”—调断电点，“5”—自检，后三位：测量值显示（单位：%CH4）3.2.7。信号输出类型为可根据用户要求相应制式调整的频率型，信号输出范围为200 Hz～1000 Hz（0%CH4～10.0%CH4），报警方式为间歇式声光报警，声音强度为≥85 dB，光强为能见度>20 m，连续可调0.50%CH4～2.50%CH4的报警点设置，连续可调0.50%CH4～2.50%CH4的断电点设置，3 km的信号最大传输距离，采样方式为自由扩散式，检测响应速度为≤25 s。

2.2 GJG10H型红外甲烷传感器在应用中的优点

GJG10H型传感器在检测甲烷气体浓度方面具有不受其它气体影响、重复性好、测量精度高、测量范围宽、调校周期长、使用寿命长等优点，采用高集成数字化电路和高性能单片微机进行设计，性能可靠、结构简单、调试、维护方便，灵敏度、传感器的零点及报警点都采用红外遥控器进行调节，能超限声光报警、可连续检测瓦斯、能输出断电控制信号，一机多用，电源部分采用了高效率的开关电源，增加了传感器的传输距离，降低了整机低功耗，具有故障自检功能，抗冲击能力强，使用、维护方便。

2.3 GJG10H型红外甲烷传感器的技术推广应用

在GJG10H型红外甲烷传感器的技术推广应用过程中，要按照传感器的技术特点进行应用。使用前正确连接传感器与所挂井下分站，确保连接可靠；对传感器进行零点和线性标校，然后进行传感器的精度调校，接着，将传感器报警点设置为0.50%CH4～2.50%CH4，同时将传感器断电点设置为0.50%CH4～2.50%CH4，最后是启动红外甲烷传感器自检功能进行自检，自检合格后方能正常投入使用。由于GJG10H型红外甲烷传感器在同类产品的对比中，产品附加值、价位、质量等方面具有较为明显的优势，具有很大的市场空间和较高的竞争水平，未来发展具有广阔的市场前景。

参考文献

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