一、概述

   杭州礦用管道瓦斯多參數測量裝置是一種專門用于在線監測礦井瓦斯抽放管路中瓦斯濃度、混合氣體流量、壓力及溫度等多種參數的流量計量裝置，測量精度高，使用方便、可用于危險場合連續檢測瓦斯抽放時的綜合參數。為評價煤礦瓦斯抽入效果、預防煤礦瓦斯突出、爆炸等惡性事故的發生提供可靠的監測數據，產品防爆型式為礦用本質安全型 （防爆標志：Exia I Ma）。

二、主要特點及工作原理

2.1 主要功能特點

    杭州礦用管道瓦斯多參數測量裝置主要由多參數流量傳感器、瓦斯濃度傳感器和智能流量積算儀（帶壓力、溫度補償）組合而成。一般采用插入式安裝，也可以根據用戶要求，將上述積算儀和傳感器事先集中安裝在一個管道上，形成一體化結構，以便現場安裝及調試。

    杭州礦用管道瓦斯多參數測量裝置可監測管道瓦斯氣體的壓力、溫度、瓦斯濃度、流量等參數，能就地顯示管道瓦斯的壓力、溫度、瓦斯濃度、標況和工況狀態下的瞬時流量、標況狀態下的累積流量、純瓦斯流量等值，同時具有輸出標準的頻率信號和485通訊輸出功能。

2.2 結構特征

   該裝置是由流量傳感器（由流量探頭和差壓傳感器組成），瓦斯濃度傳感器、智能流量積算儀（帶溫度、壓力補償）三部分組成。外形結構如圖1所示：

圖1 KGW-4型礦用管道瓦斯多參數測量裝置外形結構

1.流量傳感器2.智能流量積算儀（帶溫壓補償）3.瓦斯濃度傳感器

2.3工作原理

2.3.1 流量傳感器結構及工作原理（圖2）

   當沿著軸向的流體進入流量傳感器入口時，由于傳感器為籽彈頭形狀，當流體流過探頭時，在其前部產生一個高壓分布區，高壓分布區的壓力略高于管道的靜壓。根據伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭產生一個低壓分布區，低壓分布區的壓力高于管道的靜壓。該流量計的工作原理就是通過采集該差壓計算流量，差壓變送器將采集的差壓信號轉換成4-20mA信號，與溫度、壓力、濃度傳感器檢測到的信號一起送入智能流量積算儀進行運算處理，并把流體的體積流量和總量直接顯示于LCD屏上。 

2.3.2瓦斯濃度傳感器工作原理                                                     

   管道用紅外甲烷傳感器采用*的NDIR非色散紅外氣體分析技術測量甲烷氣體濃度。根據朗一波比爾定律，每種具有極性分子結構的氣體斗魚對應的紅外線性特征吸收波長，在光程和反射系數不變的情況下氣體濃度和吸收率成正比關系。GJH100管道用紅外甲烷傳感器就是基于此原理研制而的。

2.3.3智能積算儀（帶溫度、壓力補償）工作原理（圖3）

    差壓流量計是以測量流體流經節流裝置所產生的壓差來顯示流量大小的一種流量計。本公司的差異流量計由節流裝置、差壓變送器、濃度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器和差壓積算儀組成。

圖3 智能積算儀（帶溫度、壓力補償）工作原理

壓力傳感器：

    以壓阻式擴散硅橋路為敏感元件，其橋臂電阻在外界壓力作用下，會發生預期變化，因此在一定的激勵電流作用下，其兩個輸出端的電位差與外界壓力成正比。

溫度傳感器：

    以Pt1000鉑電阻為溫度敏感元件，在一定溫度范圍內，其電阻值與溫度成正對應關系。

信號輸出線帶有溫度、壓力、流量信號輸出線及電源線。

差壓變送器：

    用多敏元件（多敏膜盒）將一個空間分隔成兩個腔室，引入流體流量時，傳感器在兩方壓力共同作用下產生位移或者位移的趨勢。流體流速和兩個腔室壓力差成正比。再將差壓大小以標準信號4-20mA電流信號變送輸出。

三、技術特性

3.1 主要電氣性能指標

3.1.1 工作電源：

    a) 內電源：一組3.6VDC的鎳氫電池。

    b) 外電源：（6.5~32）VDC，紋波≤50mV，接外電源時，內電源自動斷開，整機由外電源供電。

    c) 工作電流：≤35mA（外電源供電時）。

3.1.2輸出信號：

    a) 溫度頻率信號：由溫度傳感器檢出經積算儀變送出（200~1000）HZ頻率信號，線性對應于

                    溫度范圍（-40℃~80℃）。

    b) 壓力頻率信號：由壓力傳感器檢出經積算儀變送出（200~1000）HZ頻率信號，線性對應于

                    壓力范圍（-80kPa~0kPa）。

c) 濃度頻率信號：由瓦斯濃度傳感器檢出經積算儀送出（200~1000）HZ頻率信號，線性對應

                于濃度范圍（0~CH4）。

    d) 工況頻率信號：經積算儀運算后，輸出工況狀況下的瞬時流量頻率信號。

    e) 標況頻率信號：經積算儀運算后，輸出標準狀況下的瞬時流量頻率信號。

    以上5種信號為（200~1000）Hz的頻率模擬信號，在輸出高電平時應不小于3V，輸出低電平時不大于0.5V，脈沖寬度不小于0.3ms；在（8-22.6）V本安供電下zui大傳輸距離為2km。

通訊接口信號：（A、B、DC+、DC-）：直接與上位機聯網，傳輸距離≤1200m，可遠傳被測介質溫度、壓力、瞬時流量、標準體積總量等儀表有關參數，實時數據包括：

    a) zui近400次流量計的啟停時間和對應累計流量值；

    b）zui近48個月內每個月的累積流量值；

c）zui近300次的狀態記錄數（包括：時間、溫度、壓力、瞬時流量、累積流量值等），時間間隔

   可設定；

    以上數據可利用上位機通過RS-485通訊接口進行讀取（自定義協議），根據用戶形成數據表或曲線圖供分析。一臺上位機zui多能管理32臺流量計的上傳數據。

3.2 主要技術指標

3.2.1流量傳感頭的技術指標

    a) 測量精度：  1%

    b) 重復精度： 0.1%

    c) 測量下限： 3m/s

    d) 測量上項： 50m/s

    e) 適應管徑： 100~3000mm

3.2.2 差壓變送器技術指標

    a) 量程：0~1kPa  0~2.5kP a

    b) 供電電壓：12~30VDC 額定：12VDC

    c) 輸出信號：0~5V

    d) 綜合精度：±0.5%  

    e) 穩定度：±0.5%FS/年

    f) 過載壓力：2倍滿量程

g) 工作溫度：-10~70℃

3.2.3 瓦斯傳感器技術指標

    a) 工作電壓：9~24VDC

    b) 工作電流：《90mA

    c) 量程范圍：0~CH4

    d) 顯示方式：四位數碼管顯示

    e) 顯示分辨率：0.01%

    f) 報警點：0.1%CH4~ 量程可調范圍(出廠設定在0%CH4)

    g) 響應時間T90：《30s

h) 輸出信號：200~1000Hz頻率信號

3.3環境條件

3.3.1 測量裝置在下列環境條件下應能正常工作：

    a) 環境溫度：0℃～+40℃；

    b) 平均相對濕度：不大于95%（+25℃）；

    c) 大氣壓力：80 kPa～110kPa；

    d) 無顯著振動和沖擊的場合；

    e) 煤礦井下有甲烷和煤塵爆炸性混合物，但無破壞絕緣的腐蝕性氣體的場合。

3.3.2 測量裝置能承受的zui惡劣的貯運條件為：

    a) 高溫：+60℃；

    b) 低溫：-40℃；

    c) 平均相對濕度：95%（+25℃）；

    d) 振動：50m/s²；

e) 沖擊：500m/s²。

3.4 命名KGW - 4

四、安裝、調試

4.1 插入式安裝方式

本裝置的插入式安裝即將裝置的三大部件分別通過流量傳感器固定座、瓦斯濃度傳感器固定座和智能流量積算儀固定座任意安裝在被測管道上（三者間距離不宜過大），三者之間通過通信電纜連接進行數據傳輸（如圖1所示）。

1）必須要保證流量計傳感器前直管段>15D，后直管段>5D；

2）插入式安裝成本低，不受管道大小限制，方便運輸及現場搬運等。

提醒：搬運、安裝、拆卸傳感器時，應通過提手握持，禁止提拉傳感器的電纜！

4.2整體安裝方式

本裝置的整體安裝方式即由廠家事先將裝置各部件統一安裝在相應口徑的管道殼體上，管道殼體兩端為法蘭結構，裝置安裝好后由廠家在出廠前調試好，以便裝置在安裝現場可以不用調試直接使用。整體安裝的優點：

1）現場安裝方便，直接采用法蘭連接，無需焊接；

2）現場安裝后無需調試，可直接使用，方便可靠。

圖4  KGW-4型礦用管道瓦斯多參數測量裝置整體安裝結構

五、使用、操作

5.1 使用前的準備和檢查

    供電前，先檢查傳感器內部各組成部分有無脫落現象，傳感器與差壓元件、溫度元件的連接是否正確，各接頭是否漏氣，對使用在爆炸場所，要特別注意接地部分是否正確、可靠，然后才能通電運行。傳感器出廠時，各部件均調試完畢，一般不再需要現場調試。（不建議用戶自己調校！）

    注：在表頭安裝過后，要對表頭進行水平校準（即差壓調零）：

    水平校準過程如下：

    1）打開三閥組中間的平衡閥，然后關閉兩側的截止閥；

    2）在主測量界面下，同時按下“△”、“▽”兩個鍵，持續約1秒鐘后放開，迅速按下“保存”鍵，然后松開，此時會看到液晶顯示屏切換為只顯示一行的界面，該界面持續約3秒鐘后，自動切換到主測量界面，此時則代表水平校準調校完成。

    3)先打開三閥組兩側的截止閥，然后關閉三閥組中間的平衡閥。

   4）整個水平校準操作完成。

5.2流量計的使用和注意事項

   5.2.1使用條件

     環境溫度：  -30℃～+60℃                              大氣壓力：86KPa℃～106KPa

     相對濕度:   5%～95%                                   介質溫度: -30℃～+80℃ 

   5.2.2注意事項

   1、管道安裝完畢進行密封性試壓時，應注意流量計壓力傳感器所能承受的zui高壓力（即標牌上介質zui大壓力），以免損壞壓力傳感器；

   2、投入運行時，應緩慢開啟流量計上、下游閥門，以免瞬間氣流過急而沖壞起漩器；

   3、當流量計需要信號遠傳時，應嚴格按3.4“電氣性能指標”要求接入外電源（8～24）VDC，嚴禁在信號輸出口直接接入220VAC或380VAC電源；

   4、當需要輸出（4～20）mA標準模擬信號時，應采用屏蔽線連接，屏蔽端要可靠接地；

   5、用戶不得自行更改防爆系統的接線方式和任意擰動各個輸出引線接頭；

   6、流量計運行時，不允許隨意打開后蓋改動儀表參數，否則影響流量計的正常工作；

   7、定時檢查流量計法蘭各連接處的泄露情況。

   5.2.3內置電池的使用和更換

1、 電池電量顯示：當電池顯示僅剩一格時，要求用戶在一個月內更換電池；只顯示電池外形符號時，則電池電量已耗盡，必須立即更換電池。

2、 電池的更換方法：打開智能流量積算儀的后蓋，松開電池盒兩端的螺釘，取出電池，換好電池后重新安裝，安裝時需注意電池的正負極。

    5.2.4接線方法

   差壓積算儀的輸出接線見下圖，各引線功能定義如下：

   VEXT ——外電源輸入正端，電壓為（+6.5VDC～+32VDC）

   GND ——地線

   TEMP——由溫度傳感器檢出經積算儀變送出（200-1000）HZ頻率信號，線性對應溫度測量范圍

   TALI——由壓力傳感器檢出經積算儀變送出（200-1000）HZ頻率信號，線性對應于壓力范圍

   ND  ——濃度傳感器輸出（200-1000）HZ頻率信號，線性對應于濃度測量范圍

   工況 ——經積算儀運算后，輸出工況狀況下的瞬時流量頻率信號。

   標況 ——經積算儀運算后，輸出標準狀況下的瞬時流量頻率信號。

   B    --RS-485通訊接線

   G    --RS-485通訊底線

   A    --RS-485通訊接線

   5.2.6流量計的顯示及設置

1） 顯示說明：

  1、總量及CH4的顯示值是在標準狀態下的總氣體體積累積值、甲烷氣體累積值；

  2、標況流量顯示是指標準狀態下的瞬時流量，單位m³/min ，工況流量顯示是指當前環境條件下的瞬時流量，單位m³/min 。

  3、壓力顯示、溫度顯示是指當前環境下的管道氣體的壓力和溫度。

  4、濃度顯示是指管道中瓦斯濃度百分比；

2） 參數顯示方式及定義

  各參數通過操作鍵顯示于LCD屏上，其定義、符號和顯示如下圖所示

3） 設置

為了防止惡意修改參數儀表，影響計量精度，本儀表特設置雙密碼功能，在修改或設置各參數時，必須進入顯示的密碼，才能對各參數進行修改或設定。

4） 參數的設定

進入相應的密碼后，則可對各項參數進行修改或設定。按翻頁鍵（K1)至被修改或設定的參數狀態，順按設置鍵（K3）和移位鍵（K2）從左到右逐位設定，數值設定正確后再按翻頁確認。

注意：廠家密碼后各參數在流量計出廠時，均已設置妥當，用戶不得任意改動，以免影響流量計正常工作。

表1

5.3注意事項

1. 測量裝置的現場安裝必須符合GB3836.15-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備第15部分：危險場所電氣安裝（爆礦除外）》標準相關規定；
2. 檢查流量計安裝情況：流量計可任意角度安裝，流體的流向應與流量計上的標識的流向*；完成流量計安裝后，須認真檢查，要求焊接牢固，方向正確，試壓無泄漏現象。
3. 儀表調校：仔細閱讀智能流量積算儀說明書。依照流量傳感器流量計所附計算書，正確設置智能流量積算儀中各參數，確保積算儀能正確計算和顯示流量。如直接上計算機，需在計算機內部設置好輸入數據格式及相應補償方式。
4. 儀表接線正確：流量傳感器流量計與差壓變送器、流量積算儀及瓦斯濃度傳感器一起構成測量系統，請反復檢查，確定無誤后方可投入運行。
5. 系統預熱：投運準備工作完成后，被測介質充滿工藝管道，流量傳感器流量計暫時處于關閉狀態，此時應使三閥組的平衡閥處于開啟狀態，高壓閥與低壓閥處于關閉狀態。打開儀表電源，預熱15分鐘。
6. 系統運行：預熱完成后，打開三閥組的高壓閥和低壓閥，被測介質充入差壓變送器，打開差壓變送器后的排污閥，迅速排出臟液或氣體后關閉排污閥，再關閉三閥組的平衡閥，變送器即進入測量狀態，流量積算儀也進入工作狀態，顯示管道內介質流量。

7）測量裝置室外安裝時，上部應有遮蓋物，以防雨水浸入和烈日暴曬影響流量計使用壽命；

8）采用外電源時，流量計必須有可靠接地，不與強電系統共用地線，在管道安裝或檢修時，不得把電焊系統的地線與流量計搭接。

六、維修、保養

6.1 維護

1） 本設備及相關管路應固定專人使用、維護。使用中應嚴格按照使用說明書進行操作。必須按說明書中規定的設備連接使用。

2）測量裝置發生故障后，請咨詢工程服務人員。若用戶自行拆解，破壞內部元器件后，將不再享受廠方的質量保證。維修時不得更改本安電路的任何元器件的規格型號及參數。

3） 在使用中避免猛烈碰撞。

4） 測量裝置應遠離能夠發出強力電磁干擾的設備，如大型電機或變頻設備，以防止傳感器工作不正常。

6.2 保養

1) 裝置各部多為小孔結構，在內部環境惡劣的情況下需定期進行內部的清理及保養。

2) 使用方應經常擦拭裝置表面的煤塵、污垢，保持設備清潔。

3) 裝置嚴禁過載使用。

七、包裝、運輸及貯存

7.1 測量裝置應裝入牢固的木箱內（中、小口徑流量計有泡沫保護時可裝在紙箱內），不應在箱內自由竄動，搬運時應小心輕放。

7.2 測量裝置運輸貯存條件應符合GB/T 25480-2010《儀器儀表運輸、貯存基本環境條件及試驗方法》要求。

7.3 測量裝置的貯存應符合以下條件：

      防雨防潮；

      不受機械振動或沖擊；

      溫度范圍：-25℃～50℃；

      相對濕度：不大于90%；

      環境不含腐蝕性氣體。

八、開箱及檢查

8.1開箱時注意安全，以避免損壞設備和使人受傷。

8.2開箱前應先檢查外部包裝的完好性，再根據裝箱單核對箱內物品及隨機文件是否完整。

8.3隨機文件及物品

   1）裝箱單      2）使用說明書       3）產品檢定證書      4）產品合格證

   5）產品使用情況反饋單       6）工具。

附錄一：溫度、壓力、流量頻率輸出使用說明

頻率輸出對照表

2、頻率輸出范圍

   該流量計具有溫度、壓力、瞬時標況、工況流量頻率輸出功能，其輸出范圍為：200~1000Hz。 工作電源為（6.5~32）V的外電源，

1. 標況流量頻率輸出

   標況流量頻率輸出為（200-1000）HZ,對應的標況流量范圍是（0-Q_max）。

1. 工況流量頻率輸出

   工況流量頻率輸出為（200-1000）HZ,對應的工況流量范圍是（0-Q_max）。

1. 壓力頻率輸出

   壓力頻率輸出為（200-1000）HZ,對應的壓力范圍是（Min kpa-Max kpa）。其壓力范圍可設置。壓力頻率是否正確，應通過以下公式進行驗算：

  壓力：FP=10*P_{流量計顯示的壓力值}+1000   

1. 溫度頻率輸出

   溫度頻率輸出為（200-1000）HZ,對應的溫度范圍是（-40℃-80℃）。其溫度范圍可設置。溫度頻率是否正確，應通過以下公式進行驗算：

溫度：FT=   (X表示流量計顯示的溫度值) 。