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1 概述
GJC4/40型礦用高低濃度甲烷傳感器（以下簡稱傳感器）是一種允許在煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境中正常使用的礦用本安兼隔爆型設(shè)備，用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。它可以實(shí)現(xiàn)井下甲烷濃度的實(shí)時測量顯示并具有超限聲光報(bào)警功能，同時能夠?qū)⒕录淄闈舛绒D(zhuǎn)換成電信號輸送給分站。
本產(chǎn)品執(zhí)行常州迪泰科特測控設(shè)備有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/DM026-2015》。
2 適應(yīng)的環(huán)境條件
a) 環(huán)境溫度：0℃～＋40℃；
b) 濕度：≤98%；
c) 大氣壓力：80kPa～116kPa；
d) 風(fēng)速：≤8m/s；
e) 無顯著振動和沖擊的場合；
f）煤礦井下有甲烷爆炸性混合物但無破壞絕緣和腐蝕性氣體的場合。
3 技術(shù)參數(shù)
3.1 防爆型式
礦用本安兼隔爆型，防爆標(biāo)志為 “ExdibⅠMb”。
3.2 工作電源
a) 工作電壓：直流9V~24V；
b) 額定工作電流: ≤55mA(18V時)。
3.3 輸出信號(出廠時只有一種)
3.3.1 RS485信號
a) 半雙工傳輸方式，傳輸速率:2400bps；
b) 最大傳輸距離：2km（使用MHYV煤礦用阻燃電纜，其單芯截面積為1.5mm2）；
c) 信號電壓峰峰值：2V~12V。
3.3.2 頻率信號
a) 低濃度端：200Hz～1000Hz(線性對應(yīng)0~4.00%)，正、負(fù)信號脈沖寬度不小于0.3ms；
b) 高濃度端：1200Hz～2000Hz(線性對應(yīng)0~40.0%或0~100%也可選為對應(yīng)4.00%~40.0%或4.00%~100%),正、負(fù)信號脈沖寬度不小于0.15ms；
c) 高電平不小于3.0V（拉電流為2mA時），低電平不大于0.5V（灌電流為2mA時）。
3.3.3 電流信號
a) 1mA～5mA或4mA～20mA電流信號(線性對應(yīng)0~40.0%或0~100%,也可選擇0mA～5mA或0mA～20mA)；
b) 負(fù)載能力：1mA～5mA時≥800Ω；4mA～20mA時≥200Ω。
3.4 量程：（0～40.0）%CH4，可選為（0～100）%CH4；
3.7 顯示分辨率
傳感器以百分體積濃度表示測量值，采用數(shù)字顯示，在（0.00～9.99）%CH4濃度段，分辨率不低于0.01%CH4，在10.0%CH4以上濃度段，分辨率不低于0.1%CH4。
3.8 工作轉(zhuǎn)換點(diǎn)
傳感器中載體催化元件與熱導(dǎo)元件工作轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置范圍為（3.00～4.00）%CH4,由低濃度轉(zhuǎn)換為高濃度轉(zhuǎn)換點(diǎn)為3.90%CH4,由高濃度轉(zhuǎn)換為低濃度轉(zhuǎn)換點(diǎn)為3.10% CH4。傳感器具有保護(hù)載體催化元件的功能。
3.9甲烷顯示值穩(wěn)定性
在（0.00～4.00）% CH4范圍內(nèi)，當(dāng)甲烷濃度保持恒定時，傳感器的顯示值或輸出信號值（換算為甲烷濃度值）的變化量不超過0.04%CH4。
在（4.00～40.0/100.0）%CH4范圍內(nèi)，當(dāng)甲烷濃度保持恒定時，傳感器的顯示值或輸出信號值（換算為甲烷濃度值）的變化量不超過0.40%CH4。
3.10 風(fēng)速影響
傳感器在8m/s風(fēng)速條件下，顯示載體催化元件指示值時，其指示值的漂移量不超過
±0.01%CH4；顯示熱導(dǎo)元件指示值時，其指示值的漂移量不超過±0.10%CH4。
3.11 基本誤差
傳感器的基本誤差符合表1的規(guī)定。
表1 傳感器的基本誤差（載體催化元件檢測時）
測量范圍%CH4 | 基本誤差 |
0.00～1.00 | ±0.10%CH4 |
1.00～3.00 | 真值的±10% |
3.00～4.00 | ±0.30%CH4 |
傳感器在熱導(dǎo)元件檢測時的基本誤差應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表2 傳感器的基本誤差（熱導(dǎo)元件檢測時）
測量范圍%CH4 | 基本誤差 |
4.00～滿量程 | 真值的±10% |
3.12 傳感器在轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換時的附加誤差不超過1.00%CH4。
3.13 響應(yīng)時間
傳感器的響應(yīng)時間不大于20s。
3.14 聲光報(bào)警功能
a) 傳感器能在0.30%～2.50%范圍內(nèi)設(shè)置報(bào)警點(diǎn)（出廠設(shè)為1.00%）,報(bào)警顯示值與設(shè)定值的差值不大于±0.05%CH4。
b) 報(bào)警聲級強(qiáng)度在1m遠(yuǎn)處的聲級不小于80dB（A）；光信號在黑暗環(huán)境中20m遠(yuǎn)處清晰可見。
3.15 斷電功能
傳感器能在0.30%～2.50%范圍內(nèi)設(shè)置斷電點(diǎn)（出廠設(shè)為1.50%）,斷電顯示值與設(shè)定值的差值不大于±0.05%CH4。
3.16 復(fù)電功能
傳感器能在0.30%～2.50%范圍內(nèi)設(shè)置復(fù)電點(diǎn)（出廠設(shè)為1.00%）,復(fù)電顯示值與設(shè)定值的差值不大于 ±0.05%CH4。
3.17 感器的標(biāo)定流量：200ml/min。
4 主要結(jié)構(gòu)特征及工作原理
4.1 外形尺寸及重量
a) 外形尺寸（如圖1，長×寬×高）：252mm×126mm×51mm；
b) 重量：約1kg。
4.2 主要工作原理
該傳感器由供電電源、甲烷檢測頭、檢測及信號處理電路、紅外接收頭、單片機(jī)以及顯示電路、聲光報(bào)警電路等部分組成，工作原理如圖2所示。
5 使用與接線
傳感器出廠時配有礦用4芯電纜（MHYV煤礦用阻燃電纜，其單芯截面積為1.5mm2），電纜有與傳感器配對的4芯接頭，電纜各芯按顏色區(qū)分，代表意義如下：
表2 接線規(guī)則表
線的顏色 信號類型 |
藍(lán) |
綠 |
白 |
紅 |
RS485信號 | 485-A | 485-B | 電源負(fù) | 電源正 |
頻率信號 | 電源負(fù) | 斷電輸出正 | 頻率輸出正 | 電源正 |
電流信號 | 電源負(fù) | 電流輸出負(fù) | 電流輸出正 | 電源正 |
數(shù)碼管及LED顯示說明
數(shù)碼管的分布見圖3，第一位為功能顯示，后三位顯示甲烷濃度值，左邊的發(fā)光二極管為指示燈，最末位的小數(shù)點(diǎn)亮，表示傳感器工作電壓超出范圍（大于25V或者小于8.5V）。
圖 3 四位數(shù)碼管
指示燈在各種輸出類型中的狀態(tài)及作用如表3所說明：
表3 指示燈功能表
狀態(tài) 指示燈類型 | 亮 | 閃爍 | 滅 |
紅色 | 電源正常 | 485方式正在通信 | 故障 |
綠色 | 輸出信號正常 | - | 輸出信號開路 |
報(bào)警燈 | 在高濃段校準(zhǔn)模式 | 在報(bào)警 | 在低濃段校準(zhǔn)模式或未報(bào)警 |
傳感器的現(xiàn)場調(diào)整
傳感器可使用我公司的FYF3型遙控發(fā)送器進(jìn)行調(diào)整，其外形如下圖4所示，在本傳感器中只需使用功能、“
”、“
” 三個按鍵。
注意：
1. 所有參數(shù)調(diào)整后，傳感器會自動保存；
2. 遙控器調(diào)整完畢后，都需要按“功能”鍵使首位不顯示，或者按住“S1”不釋放，然后按下“S2”鍵，才能返回正常測量狀態(tài)；
3. 遙控器首次使用時，需要撥下遙控器正下方電池上的絕緣塑料；
4．調(diào)整時要將遙控器的紅外發(fā)射部分正對圖1所示的紅外接收區(qū)域，距離最好不超過0.5米。
圖 4 FYF3型遙控發(fā)送器
7.1 校準(zhǔn)
注意：1.傳感器長期斷電儲存后（七天以上），建議通電老化半小時以上，再開始校準(zhǔn)；
2.傳感器使用期限較長（2年以上），零點(diǎn)漂移過大或靈敏度下降50%以上，超出遙控器的調(diào)節(jié)范圍后，為保證測量的準(zhǔn)確性，建議更換新的傳感器；
3.如果通過同時按下“S2”和“功能”鍵，強(qiáng)行使能傳感器高濃頭工作，傳感器在任何情況下都會聲光報(bào)警，同時在濃度小于3.00%時，誤差會比較大。用戶應(yīng)該在按下“功能”鍵后再同時按下“S2”和“功能”鍵，取消強(qiáng)行控制。
7.1.1 低濃度段校準(zhǔn)
a）調(diào)零：傳感器上電，在清潔空氣中穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵，第一位數(shù)碼管顯示“1”，然后再按“”鍵使后3位數(shù)碼管顯示為零，即可完成傳感器的調(diào)零工作。如果傳感器首位顯示“-1”，表示傳感器負(fù)偏，按“” 鍵使傳感器顯示“10.00”即可。
b）通氣校準(zhǔn)：以200ml/min的流量通入2.00%的甲烷氣樣，穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵2次，第一位數(shù)碼管顯示“2”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵，使后3位數(shù)碼管的顯示值與實(shí)際氣樣值一致即可。
c）非線性校準(zhǔn)：該校準(zhǔn)一般不需要進(jìn)行，是預(yù)留功能。如果傳感器在0~2.00%之間都準(zhǔn)確，在3.00%以上誤差較大，才需要進(jìn)行。校準(zhǔn)時以200ml/min的流量通入3.50%的甲烷氣樣，穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵8次，第一位數(shù)碼管顯示“8”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵，使后3位數(shù)碼管的顯示值與實(shí)際氣樣值一致即可。
7.1.2 高濃度段校準(zhǔn)
a）調(diào)零：傳感器上電，在清潔空氣中穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵，第一位數(shù)碼管顯示“1”，然后同時按遙控器上的“S2”鍵和功能鍵，傳感器會強(qiáng)行切換到高濃部分工作，并聲光報(bào)警作為提示。等待10秒后，傳感頭切換完成，自動開始工作。（注意：同時按下“S2”和“功能”鍵后，傳感器會強(qiáng)行使能高濃傳感頭工作，在濃度小于3.00%時，誤差會比較大。正常使用時，必須再次按下“S2”和“功能”鍵，取消強(qiáng)行控制，傳感器會自動關(guān)報(bào)警作為提示）然后按遙控器上的“功能”鍵，第一位數(shù)碼管顯示“1”，然后再 按“”鍵使后3位數(shù)碼管顯示為零，即可完成傳感器高濃部分的調(diào)零工作。如果傳感器首位顯示“-1”，表示傳感器負(fù)偏，按“” 鍵使傳感器顯示“10.00”即可。
b）通氣校準(zhǔn)：調(diào)整為零點(diǎn)后，不要動遙控器上的任何按鍵，以200ml/min的流量通入20.0%的甲烷氣樣，穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵2次，第一位數(shù)碼管顯示“2”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵，使后3位數(shù)碼管的顯示值與實(shí)際氣樣值一致即可。
c）非線性校準(zhǔn)：該校準(zhǔn)一般不需要進(jìn)行，是預(yù)留功能。如果傳感器在4.00%~20.0%之間都準(zhǔn)確，在30.0%以上誤差較大，才需要進(jìn)行。校準(zhǔn)時以200ml/min的流量通入35.0%的甲烷氣樣，穩(wěn)定后，按遙控器上的“功能”鍵8次，第一位數(shù)碼管顯示“8”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵，使后3位數(shù)碼管的顯示值與實(shí)際氣樣值一致即可。
7.2 報(bào)警點(diǎn)、斷電點(diǎn)和復(fù)電點(diǎn)的調(diào)整
a）本傳感器設(shè)有聲光報(bào)警功能，報(bào)警門限可由遙控器設(shè)定，操作方法如下：
按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數(shù)碼管顯示“3”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵可以增大或減小報(bào)警點(diǎn)（后3位數(shù)碼管的顯示值）。請注意報(bào)警點(diǎn)的范圍是0.50%～2.50%，調(diào)整步進(jìn)是0.05%,如果超出此范圍，操作將無效。
b）斷電點(diǎn)的設(shè)置和報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置方法相同，按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數(shù)碼管顯示“4”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵增大或減小斷電點(diǎn)（后3位數(shù)碼管的顯示值）。請注意斷電點(diǎn)的調(diào)整范圍是0.50%～2.50%，調(diào)整步進(jìn)是0.05%,超出此范圍,操作將無效。
c）復(fù)電點(diǎn)的設(shè)置和報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置方法相同，按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數(shù)碼管顯示“9”，然后再根據(jù)需要分別按“”和“”鍵增大或減小復(fù)電點(diǎn)（后3位數(shù)碼管的顯示值）。請注意復(fù)電點(diǎn)應(yīng)該比斷電點(diǎn)小，其調(diào)整范圍是0.00%～2.50%，調(diào)整步進(jìn)是0.05%,超出此范圍,操作將無效。
7.3 傳感器的測試功能
本傳感器設(shè)有報(bào)警測試功能，操作方法如下：按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數(shù)碼管顯示“5”，當(dāng)?shù)蜐鈧鞲蓄^工作時，后3位數(shù)碼管自動顯示當(dāng)前的模擬測試值，默認(rèn)的測試值為“0.50”，輸出信號和甲烷實(shí)際濃度達(dá)到“0.50”時相同，使用遙控器的“”和“”鍵可以增大或減小該模擬值，其調(diào)整范圍是0.00%～2.50%，調(diào)整步進(jìn)是0.05%,通過該功能可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警、斷電等功能的模擬測試。
第一位數(shù)碼管顯示5時，如果是高濃傳感頭工作（如按下了“功能”鍵和“S2”鍵），數(shù)碼管將顯示滿量程的一半，輸出信號和實(shí)際甲烷濃度到達(dá)滿量程的一半時相同，通過該功能可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高濃段輸出功能的測試。
7.4 輸出電流的調(diào)整（只有是電流輸出方式才需要）
電流輸出的傳感器，在現(xiàn)場如果需要對輸出電流進(jìn)行校正時（一般不需要），按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數(shù)碼管顯示“6”，傳感器會自動輸出顯示0時的電流，然后分別按“”和“”鍵可以對零點(diǎn)輸出電流進(jìn)行調(diào)整；第一位數(shù)碼管顯示“7”時，傳感器會自動輸出滿量程時的電流，按同樣方法可以對滿量程的輸出電流進(jìn)行調(diào)整。
8 使用和維護(hù)
傳感器在正常的使用中，應(yīng)該注意取樣頭的干燥和清潔，應(yīng)定期對測量探頭進(jìn)行維護(hù)校準(zhǔn)以保證測量的精度。
9 使用注意事項(xiàng)
9.1 注意正確接線,以免損壞設(shè)備；
9.2 接線前應(yīng)明確分站接入信號的制式和接入信號的類型；
9.3 本安產(chǎn)品不得隨意與其他未經(jīng)過聯(lián)檢的設(shè)備連接；
9.4 傳感器使用時應(yīng)采取防振動措施，不可跌落或強(qiáng)烈撞擊，不可用水浸泡；
9.5 傳感器受到有毒氣體（如硫化氫等）的侵害后，靈敏度有較大變化時應(yīng)及時更換檢測元件；
9.6 傳感器長期斷電儲存后，建議通電10小時以上，再投入使用；
9.7 維修時不得改變本安電路和與本安電路有關(guān)的元器件的電氣參數(shù)、規(guī)格和型號；
9.8 在煤礦井下嚴(yán)禁隨意拆卸、檢修，非專業(yè)人員請勿隨意檢修。
10 常見故障處理與維修
常見故障處理與維修見下表4。
表4 常見故障處理表
序號 | 故障現(xiàn)象 | 可能造成原因 | 排除方法 |
1 | 通電無反應(yīng) | 供電電源無輸入 | 檢查供電設(shè)備和電源線 |
2 | 4位數(shù)碼管不顯示 | 傳感器沒有工作 | 檢查單片機(jī)和電源芯片 |
3 | 輸出信號異常 | 信號輸出線接錯 | 檢查接線 |
信號輸出線斷路、短路或接觸不好 | 檢查接線 | ||
分站或傳感器故障 | 檢查分站或傳感器 |
11 運(yùn)輸、貯存
11.1 運(yùn)輸
完整包裝的產(chǎn)品,在避免雨雪直接淋襲的條件下, 可適用于水運(yùn)、陸運(yùn)及空運(yùn)等各種運(yùn)輸方式。
11.2 貯存
包裝后的傳感器能在溫度為-10℃～+40℃，相對濕度不大于90%的環(huán)境中貯存12個月以上。
12 附件及資料
使用說明書 1份；
產(chǎn)品合格證 1份；
FYF3型遙控發(fā)送器 1只（視具體情況）；
裝箱單 1份。