礦井常用甲烷檢測傳感器原理及優(yōu)缺點分析

來源：鄭州煒盛電子科技有限公司 2025年05月25日 07:29

在煤礦生產(chǎn)中，隨著煤層采動，煤層中往往會涌出礦井甲烷。當(dāng)其與空氣混合，當(dāng)其體積百分比為5%～16%時，遇明火就會發(fā)生爆炸，給礦井的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅。10月31日，重慶永川來蘇鎮(zhèn)金山溝煤礦便發(fā)生一起甲烷爆炸事故。事故應(yīng)急處置指揮部通報，除此前已經(jīng)找到并升井的18具遇難礦工外，截至今天2時03分，其他15名被困礦工已找到，均已無生命體征。4時04分，搜救工作結(jié)束。

金山溝煤礦甲烷爆炸事故救援現(xiàn)場

作為一種采用傳感監(jiān)測技術(shù)的井下安全檢測裝置，甲烷傳感器對礦井安全顯得非常重要。日常的甲烷傳感器能檢測礦井下的多種可燃氣性氣體，避免煤礦惡劣環(huán)境中甲烷爆炸的危險。甲烷傳感器核心是黑白原件，單位時間內(nèi)可能造成黑白原件與過多的甲烷反應(yīng)，造成與真值相差過大。所以，傳感器的檢定和日常校準(zhǔn)是保證傳感器的準(zhǔn)確性及煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的一個重要環(huán)節(jié)。

目前，礦井中常用的甲烷傳感器可分為紅外傳感器、激光傳感器以及傳統(tǒng)型的熱導(dǎo)式和熱效式四類。

熱導(dǎo)式甲烷傳感器

熱導(dǎo)式甲烷傳感器是利用甲烷與空氣導(dǎo)熱系數(shù)不同，來測量甲烷濃度的。這種傳感器在工作時需通入恒定的電流，將其加熱到一定的溫度（180攝氏度左右），功耗較大；且其中的半導(dǎo)體熱敏電阻受二氧化碳和水蒸汽影響較大，元件一致性和互換性也較差。熱導(dǎo)式甲烷檢測儀在測定低濃度的甲烷時，輸出信號很小，誤差較大。因此，這類傳感器制成的甲烷檢測儀適用于測量高濃度的甲烷（5%～99%）。目前這種傳感器在礦井中應(yīng)用較少。

熱效式甲烷傳感器

熱效式甲烷傳感器，又稱熱催化式甲烷傳感器。其原理是利用可燃氣體在催化劑的作用下進行無焰燃燒，產(chǎn)生熱量，使元件電阻因溫度升高而發(fā)生變化，測知甲烷的濃度。這種傳感器的優(yōu)點是精度較高，輸出信號較大，且不受其他燃氣和灰塵存在的影響。它的缺點是元件表面溫度高，壽命相對較短，易受硫、鉛、磷、氯等的化合物干擾而使催化劑中毒或元件壞死，降低其靈敏度、準(zhǔn)確度，甚至誤報現(xiàn)象。

不過，目前作為國內(nèi)傳感器制造商，煒盛科技開發(fā)的新型可燃氣體傳感器，做為礦井檢測的常用性氣體檢測元件來說，有著較長的使用壽命長，測量量程也大，且部分傳感器具有很好的抗二氧化硫和硅毒的特點，保證了測量的可靠性。

紅外式甲烷傳感器

紅外傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，該類傳感是利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CH4進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定、壽命長。內(nèi)置溫度傳感器，可進行溫度補償。該紅外傳感器使用方便，具備有完整的氣體探測、模擬電壓信號輸出和串口通信功能；可直接用來替代催化燃燒元件，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。

激光式甲烷傳感器

激光式甲烷氣體傳感器是一個通用智能傳感器，它以激光器為檢測元件，利用合適的微功率激光能被不同濃度的甲烷所吸收原理而設(shè)計的高精密甲烷傳感器。此傳感器具有體積小、功耗低、性能穩(wěn)定、傳感器元件壽命長、靈敏度高等特點，連續(xù)檢測空氣中的甲烷濃度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)實時傳輸，同時該傳感器還具有內(nèi)部溫度和氣壓檢測的功能。

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