矿井环境监测与仪表

检测：人们利用仪器、仪表对某种工艺或其它过程中的参数进行检查和测量。

监测：指人们利用仪器、仪表对某种工艺或其它过程中的参数进行监视和测量。

区别：检测是间断性的，而监测是连续性的。

相同点：都是促进安全生产和科学发展的有力手段。

监测系统又称为：遥测、遥控系统即实现远距离测了、监视、控制的系统检测的目的：并不是为了获得数据，而是通过这些可信数据来了解到各个变量之间的内部规律，然后经过理论分析和研究，来指导生产和工作矿井安全监测主要内容：矿井空气中瓦斯、一氧化碳（CO）等有毒有害气体浓度的监测；矿井风流速度、压力、温度、湿度的监测；矿尘、烟雾、噪声等环境参数的监测；对生产设备运行状态的监测、监控等。

矿井安全监测工作的必要性矿井安全生产的重要保证条件矿井管理现代化的重要技术手段矿井生产发展的需要矿井安全监测工作的任务提供信息探测和预防灾害事故制止灾害事故的发生设施的自动调控为抢险救灾提供决策信息矿井安全监测仪表：指矿井用于监测与安全生产有关的各种环境状况、工作状况中一些参数的仪表。

衡量仪器的性能，首要的是其安全可靠性，其次才是检测精度等技术指标。

矿井安全监测仪表需具备条件：防爆性能要好；防尘性能优良；防潮湿；要坚固耐用；工作稳定可靠；报警系统；防中毒性。

矿井安全监测仪表参数要求：(监测)精度；监测范围；安全性能；稳定性；使用环境条件；功耗；反应速度（即灵敏度）；重复性；使用寿命；几何尺寸；价格。

非电量测量系统一般由如下五部分构成：信息的获得部分——主要有各种传感器；信息的转换部分——变换器、放大器、振荡器等；信息的传输部分——光纤、电缆等；信息的显示部分——指示仪、记录仪、报警仪等；信息的处理部分——数据处理机、计算机等传感器概念传感器：是一种能从被测对象中直接取出所需信号的监测装置。

它能够直接接受被测参数的有关数据（信息），并能将所接受的信息按一定的规律转变成同种或别种物理量信息，因此，又把传感器成为变换器或换能器传感器作用把测量的物理量转换为与其相应的容易检测、传输和处理的电信号。

因此，传感器是测量系统中的重要部件。

对传感器要求要有一定的精度和可靠性传感器的分类“按属性分类：物理性传感器：根据物理变化原理设计制作的传感器（绝大部分）；化学性传感器：根据化学反应原理设计制作的传感器（CO检知管）。

按转换方式分类：直接转换型：是将被测物理量直接转换为所需的能够监测的信号，如热电偶传感器；间接转换型：是将被测物理量转换为另一种物理量，然后再转换为所需信号，如精密气压计。

传感器输出的可以是电信号，也可以是非电信号常用的显示方式有3类：模拟显示（指针或标尺显示）；数字显示（液晶或数码管数字显示）；图形显示（屏幕显示数据或曲线，监控曲线、示波器等）。

转换方式有电流—电压转换（V/I）电压—频率转换(V/f) 模拟量—数字转换（A/D）转换等.信号的处理一般由专门电子线路或微处理器、计算机来实现。

测量误差的基本概念测量误差就是测量结果与被测量的真值之差，可用下式表示：由干空气和水蒸汽组成的混合气体，通常称为湿空气。

干空气：指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。

新鲜空气：将井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气。

污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气有毒有害气体主要有：瓦斯（甲烷）CH4、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、硫化氢H 2S、一氧化氮NO、二氧化氮NO2等；一氧化碳 0.0024 氧化氮（折算成二氧化氮） 0.00025 二氧化硫 0.0005 硫化氢 0.00066氨 0.004光干涉瓦斯检定器按其结构可分为：光路系统；照明装置组。

聚光镜组。

平面镜组。

折光棱镜组。

反射棱镜组。

物镜组。

测微组。

目镜组。

气路系统；吸收管组。

气室组。

吸气球组。

电路系统光干涉型瓦斯检定器根据光干涉原理因两束光在o点处并不重合，存在光程差，但是相距甚微，且仍然保持平行，这样两束光满足振动方向相同、频率相同和相位差一定这3个条件而产生光干涉。

密度不同，折射率不同，光程不同（光程差存在），干涉条纹的出现光通过气体介质的折射率与气体的密度有关。

如果以空气室和瓦斯室都充入同样密度的新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当瓦斯室充入含有瓦斯的空气时，由于气体密度的不同，引起折射率的变化，光程也就随之发生变化，于是干涉条纹产生位移，位移量的大小与瓦斯浓度的高低呈线性关系。

所以根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。

同理，如果瓦斯室内的气体压力与温度发生变化，气体的折射率也要发生变化，干涉条纹同样产生位移，所以在仪器的空气室上附加了一圈毛细管，以消除这一影响。

使用光干涉型瓦斯检定器测定瓦斯浓度调零。

在待测地点附近的进风巷道中，捏放气球数次，然后检查微读数盘的零位刻度与指标是否重合，选定的黑基线与分划板的零位是否重合。

若有移动，则按“对零”操作方法进行调整，使光谱处在零位状态。

测定。

将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向待测位置，然后捏放气球5~10次，将待测气体吸入瓦斯室。

读数。

按下光源电门、由目镜中观察黑基线的位置。

如其恰好与某整数刻度重合，读出该处刻度数值，即为瓦斯浓度；如果黑基线位于两个整数之间，则应顺时针转动微调螺旋，使黑基线退到较小的整数位置上，然后从微读数盘上读出小数位，整数与小数相加就是测定出的瓦斯浓度。

使用光干涉型瓦斯检定器测定二氧化碳浓度在矿井实际测定时有两种情况（准备工作均同瓦斯浓度测定在没有瓦斯存在而二氧化碳比较严重的矿井，在测定二氧化碳浓度时，一定要将装有二氧化碳吸收剂的外吸收管去掉，只用装有硅胶或氯化钙的内吸收管来吸收水蒸气。

其测定方法同上。

但在测定结果上要乘以一个换算系数K，K值按下式求得k=Ug−Ua Ux−UaUg--瓦斯在标准状态下（101.325Kpa，20°C）的折射率 Ua---空气在标准状态下的折射率，Ux----被测气体在标准状态下的折射率。

对于二氧化碳K=0.925 在有瓦斯和二氧化碳并存的条件下，测定二氧化碳浓度时，就必须先测定瓦斯和二氧化碳的混合度，得到的测定值为瓦斯和二氧化碳的混合浓度值；然后接上外吸收管，利用外吸收管将被测气体中的二氧化碳吸收掉，所测得值为瓦斯的浓度值。

把两次测定结果相减，其差乘上二氧化碳的换算系数K，我们便可以得到被测气体中二氧化碳的实际浓度。

热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递为导热。

温度较高的物体把热量传递给与之接触的低温物体是导热现象。

热传导是热能传播的一种形式。

热导率：不同的物体有着不同的热传导速度，常用热导率来表示热传导速度的大小。

热导率在数值上等于每小时每平方米面积上，当物体内温度梯度为1℃/m时的导热量热催化型瓦斯检定器又称催化燃烧式或热效式瓦斯检定器，该类型的仪器是利用可燃气体在足够氧气参与并达到一定高温的情况下，发生完全催化燃烧，并根据可燃气体燃烧时所产生的一定热量来确定可燃气体的浓度（或含量）热传导和热催化的区别光干涉型瓦斯检定仪表不易实现连续检测及仪器的数字化传输；热导式的不易测定浓度在5%以下的瓦斯含量，即测定低浓度的瓦斯精度低，不能满足安全需要。

而热催化型瓦斯检定器能够直接输出与瓦斯浓度有关的电量，目前在检测低浓度的瓦斯，特别是远距离检测和监测系统中被广泛地应用。

热催化的原理矿井瓦斯在催化剂的作用下，与氧气相混合就能在较低的温度下发生强烈的催化反应，即无焰燃烧，其反应化学方程式为：CH4+2O2−催化剂⇢CO2+2H2O+ 882.6KJ、mol此反应由于催化剂的存在（通常是金属铂Pt或钯Pd），降低了瓦斯CH4与氧气O 2发生链反应的活化能，在催化剂表面的活化中心附近，被吸附的CH4分子内部结构离开了稳定状态而活化裂解，加速了链反应的进行，瓦斯CH4与氧气O2在金属铂Pt或钯Pd催化下的反应是一种多相反应。

热催化型瓦斯检定器工作原理输出信号的大小与电位的变化有关，电阻变化大小与检测元件的温升有关，温升的大小又与CH4的浓度有关，故通过输出信号的大小就可以检测出CH4浓度的大小。

从基本电路上可以看出，热催化型与热导CH4检测仪基本相同，其测量电路都是利用电桥从平衡到不平衡的原理，来达到检测的目的，所不同的是：热导是由“散热”使电阻发生变化：而热催化式是“吸热”使电阻发生变化。

零点漂移每个用于测量的仪表都有测量范围，它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。

测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。

仪表的量程可以用来表示其测量范围的大小，是其测量上限值与下限值的代数差，即：量程＝测量上限值-测量下限值仪表测量范围的另一种表示方法是给出仪表的零点即测量下限值及仪表的量程。

易知，只要仪表的零点和量程确定了，其测量范围也就确定了。

因而这是一种更为常用的表示方式。

在实际使用中，由于受测量条件的影响，仪表的零点会发生动态变化。

通常将零点的变化称为零点漂移，而量程的变化则称为量程迁移。

零点漂移通常是指传感器、测量线路等受环境因素的影响（其中最主要是受环境温度的影响）而使零位动态不停地变化。

零点漂移很难用人工调整。

元件的灵敏度又称为元件的活性，它指的是元件对瓦斯氧化燃烧的速率，也就是说当标准气样的瓦斯浓度为1%时，元件的输出电压信号为多少毫伏，其单位为mV/1%CH4。

一般要求元件的灵敏度不低于15 mV/1%CH4，用M表示。

故灵敏度又简称为M毫伏。

灵敏度太高，元件的稳定性就差，太低时，元件的使用寿命短且受环境影响大。

实质上元件的灵敏度是时间的函数，随着时间的推移，元件的灵敏度也将发生改变，一般测出的灵敏度都是元件的某一时刻的灵敏度，又称之为瞬时灵敏度；而在一段时间内各个分段时间的灵敏度的平均值称为元件的平均灵敏度。

元件的稳定性是指元件在规定的连续工作时间内，灵敏度随时间的变化率，即活性的下降率，元件的活性下降率越低，元件工作的性能就越稳定元件的双值性定义：指在瓦斯浓度一定时，元件的输出电参数不是一个固定值，而是具有两个可能值或一种输出量有可能存在两个浓度值。

大量的实验表明：瓦斯浓度超过5%时，元件的输出量就呈非线性关系；瓦斯浓度在5~10%之间，输出信号逐渐减小，尤其在浓度为9.5%时，瓦斯燃烧效果最好，产生的热量也最大，使元件温度可达1300℃左右，当检测元件上的催化剂与硫化物、铅化物、氯化物及有机硅分子接触时，元件的催化活性会逐步降低，这种现象称为元件的中毒性。

元件的中毒性分为暂时性中毒和永久性中毒两种情况。

暂时性中毒指的是元件中毒后，采取一定的措施可以是元件的活性得到恢复或一定程度的恢复；永久性中毒的活性元件是不能恢复的一氧化碳浓度检测仪表分类：按工作原理分：检知管法、红外线法、电化学法、气相色谱法按结构可分为：固定式、便携式两种检知管法基本原理：采用采气装置采取一定量的待测气体，并使采集的气体通入长约150mm、直径为4~6mm的两端密封、内装白色固体化学试剂的细长玻璃管内。