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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境中正常使用的礦用本安兼隔爆型設備，用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。它可以實現井下甲烷濃度的實時測量顯示并具有超限聲光報警功能，同時能夠將井下甲烷濃度轉換成電信號輸送給分站。
本產品執行常州迪泰科特測控設備有限公司企業標準《Q/DM026-2015》。
2 適應的環境條件
a) 環境溫度：0℃～＋40℃；
b) 濕度：≤98%；
c) 大氣壓力：80kPa～116kPa；
d) 風速：≤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 技術參數
3.1 防爆型式
礦用本安兼隔爆型，防爆標志為 “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0~4.00%)，正、負信號脈沖寬度不小于0.3ms；
b) 高濃度端：1200Hz～2000Hz(線性對應0~40.0%或0~100%也可選為對應4.00%~40.0%或4.00%~100%),正、負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0~40.0%或0~100%,也可選擇0mA～5mA或0mA～20mA)；
b) 負載能力：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 工作轉換點
傳感器中載體催化元件與熱導元件工作轉換點設置范圍為（3.00～4.00）%CH4,由低濃度轉換為高濃度轉換點為3.90%CH4,由高濃度轉換為低濃度轉換點為3.10% CH4。傳感器具有保護載體催化元件的功能。
3.9甲烷顯示值穩定性
在（0.00～4.00）% CH4范圍內，當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，當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 風速影響
傳感器在8m/s風速條件下，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 |
傳感器在熱導元件檢測時的基本誤差應符合表2的規定。
表2 傳感器的基本誤差（熱導元件檢測時）
測量范圍%CH4 | 基本誤差 |
4.00～滿量程 | 真值的±10% |
3.12 傳感器在轉換點轉換時的附加誤差不超過1.00%CH4。
3.13 響應時間
傳感器的響應時間不大于20s。
3.14 聲光報警功能
a) 傳感器能在0.30%～2.50%范圍內設置報警點（出廠設為1.00%）,報警顯示值與設定值的差值不大于±0.05%CH4。
b) 報警聲級強度在1m遠處的聲級不小于80dB（A）；光信號在黑暗環境中20m遠處清晰可見。
3.15 斷電功能
傳感器能在0.30%～2.50%范圍內設置斷電點（出廠設為1.50%）,斷電顯示值與設定值的差值不大于±0.05%CH4。
3.16 復電功能
傳感器能在0.30%～2.50%范圍內設置復電點（出廠設為1.00%）,復電顯示值與設定值的差值不大于 ±0.05%CH4。
3.17 感器的標定流量：200ml/min。
4 主要結構特征及工作原理
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、單片機以及顯示電路、聲光報警電路等部分組成，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，電纜各芯按顏色區分，代表意義如下：
表2 接線規則表
線的顏色 信號類型 |
藍 |
綠 |
白 |
紅 |
RS485信號 | 485-A | 485-B | 電源負 | 電源正 |
頻率信號 | 電源負 | 斷電輸出正 | 頻率輸出正 | 電源正 |
電流信號 | 電源負 | 電流輸出負 | 電流輸出正 | 電源正 |
數碼管及LED顯示說明
數碼管的分布見圖3，第一位為功能顯示，后三位顯示甲烷濃度值，左邊的發光二極管為指示燈，最末位的小數點亮，表示傳感器工作電壓超出范圍（大于25V或者小于8.5V）。
圖 3 四位數碼管
指示燈在各種輸出類型中的狀態及作用如表3所說明：
表3 指示燈功能表
狀態 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 |
報警燈 | 在高濃段校準模式 | 在報警 | 在低濃段校準模式或未報警 |
傳感器的現場調整
傳感器可使用我公司的FYF3型遙控發送器進行調整，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. 所有參數調整后，傳感器會自動保存；
2. 遙控器調整完畢后，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；
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．調整時要將遙控器的紅外發射部分正對圖1所示的紅外接收區域，距離最好不超過0.5米。
圖 4 FYF3型遙控發送器
7.1 校準
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；
2.傳感器使用期限較長（2年以上），零點漂移過大或靈敏度下降50%以上，超出遙控器的調節范圍后，為保證測量的準確性，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警，同時在濃度小于3.00%時，誤差會比較大。用戶應該在按下“功能”鍵后再同時按下“S2”和“功能”鍵，取消強行控制。
7.1.1 低濃度段校準
a）調零：傳感器上電，在清潔空氣中穩定后，按遙控器上的“功能”鍵，第一位數碼管顯示“1”，然后再按“”鍵使后3位數碼管顯示為零，即可完成傳感器的調零工作。如果傳感器首位顯示“-1”，表示傳感器負偏，按“” 鍵使傳感器顯示“10.00”即可。
b）通氣校準：以200ml/min的流量通入2.00%的甲烷氣樣，穩定后，按遙控器上的“功能”鍵2次，第一位數碼管顯示“2”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵，使后3位數碼管的顯示值與實際氣樣值一致即可。
c）非線性校準：該校準一般不需要進行，是預留功能。如果傳感器在0~2.00%之間都準確，在3.00%以上誤差較大，才需要進行。校準時以200ml/min的流量通入3.50%的甲烷氣樣，穩定后，按遙控器上的“功能”鍵8次，第一位數碼管顯示“8”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵，使后3位數碼管的顯示值與實際氣樣值一致即可。
7.1.2 高濃度段校準
a）調零：傳感器上電，在清潔空氣中穩定后，按遙控器上的“功能”鍵，第一位數碼管顯示“1”，然后同時按遙控器上的“S2”鍵和功能鍵，傳感器會強行切換到高濃部分工作，并聲光報警作為提示。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，取消強行控制，傳感器會自動關報警作為提示）然后按遙控器上的“功能”鍵，第一位數碼管顯示“1”，然后再 按“”鍵使后3位數碼管顯示為零，即可完成傳感器高濃部分的調零工作。如果傳感器首位顯示“-1”，表示傳感器負偏，按“” 鍵使傳感器顯示“10.00”即可。
b）通氣校準：調整為零點后，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，穩定后，按遙控器上的“功能”鍵2次，第一位數碼管顯示“2”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵，使后3位數碼管的顯示值與實際氣樣值一致即可。
c）非線性校準：該校準一般不需要進行，是預留功能。如果傳感器在4.00%~20.0%之間都準確，在30.0%以上誤差較大，才需要進行。校準時以200ml/min的流量通入35.0%的甲烷氣樣，穩定后，按遙控器上的“功能”鍵8次，第一位數碼管顯示“8”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵，使后3位數碼管的顯示值與實際氣樣值一致即可。
7.2 報警點、斷電點和復電點的調整
a）本傳感器設有聲光報警功能，報警門限可由遙控器設定，操作方法如下：
按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數碼管顯示“3”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵可以增大或減小報警點（后3位數碼管的顯示值）。請注意報警點的范圍是0.50%～2.50%，調整步進是0.05%,如果超出此范圍，操作將無效。
b）斷電點的設置和報警點的設置方法相同，按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數碼管顯示“4”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵增大或減小斷電點（后3位數碼管的顯示值）。請注意斷電點的調整范圍是0.50%～2.50%，調整步進是0.05%,超出此范圍,操作將無效。
c）復電點的設置和報警點的設置方法相同，按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數碼管顯示“9”，然后再根據需要分別按“”和“”鍵增大或減小復電點（后3位數碼管的顯示值）。請注意復電點應該比斷電點小，其調整范圍是0.00%～2.50%，調整步進是0.05%,超出此范圍,操作將無效。
7.3 傳感器的測試功能
本傳感器設有報警測試功能，操作方法如下：按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數碼管顯示“5”，當低濃傳感頭工作時，后3位數碼管自動顯示當前的模擬測試值，默認的測試值為“0.50”，輸出信號和甲烷實際濃度達到“0.50”時相同，使用遙控器的“”和“”鍵可以增大或減小該模擬值，其調整范圍是0.00%～2.50%，調整步進是0.05%,通過該功能可以實現系統報警、斷電等功能的模擬測試。
第一位數碼管顯示5時，如果是高濃傳感頭工作（如按下了“功能”鍵和“S2”鍵），數碼管將顯示滿量程的一半，輸出信號和實際甲烷濃度到達滿量程的一半時相同，通過該功能可以實現系統高濃段輸出功能的測試。
7.4 輸出電流的調整（只有是電流輸出方式才需要）
電流輸出的傳感器，在現場如果需要對輸出電流進行校正時（一般不需要），按遙控器上的“功能”鍵，直到第一位數碼管顯示“6”，傳感器會自動輸出顯示0時的電流，然后分別按“”和“”鍵可以對零點輸出電流進行調整；第一位數碼管顯示“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行調整。
8 使用和維護
傳感器在正常的使用中，應該注意取樣頭的干燥和清潔，應定期對測量探頭進行維護校準以保證測量的精度。
9 使用注意事項
9.1 注意正確接線,以免損壞設備；
9.2 接線前應明確分站接入信號的制式和接入信號的類型；
9.3 本安產品不得隨意與其他未經過聯檢的設備連接；
9.4 傳感器使用時應采取防振動措施，不可跌落或強烈撞擊，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的元器件的電氣參數、規格和型號；
9.8 在煤礦井下嚴禁隨意拆卸、檢修，非專業人員請勿隨意檢修。
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 | 故障現象 | 可能造成原因 | 排除方法 |
1 | 通電無反應 | 供電電源無輸入 | 檢查供電設備和電源線 |
2 | 4位數碼管不顯示 | 傳感器沒有工作 | 檢查單片機和電源芯片 |
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 運輸、貯存
11.1 運輸
完整包裝的產品,在避免雨雪直接淋襲的條件下, 可適用于水運、陸運及空運等各種運輸方式。
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%的環境中貯存12個月以上。
12 附件及資料
使用說明書 1份；
產品合格證 1份；
FYF3型遙控發送器 1只（視具體情況）；
裝箱單 1份。