GJG100H瓦斯抽放用红外甲烷传感器

使用说明书

 

一 概述

 

1. 产品特点

GJG100H瓦斯抽放用红外甲烷传感器（以下简称传感器）采用嵌入式微控制器技术，在甲烷气体检测原理上使用的是完全不同于传统催化原理的非色散红外线检测技术，克服了催化原理传感器标定周期短、容易中毒等现象，而用于测量甲烷浓度的红外甲烷检测传感器内置精确的温度补偿电路使得检测精度不会因温度变化而漂移。该传感器具有测量准确、反应速度快、标定周期长、不受其它气体影响、测量范围宽、功耗低、使用寿命长、性能稳定、可靠性高等特点。通过本公司所生产的FYF5（A ）矿用遥控器可方便设置工作点，同时输出（200～1000）Hz的频率信号和RS-485数字信号，可方便与各种类型的煤矿安全监测系统配套使用。

2、主要用途及适用范围

适用于煤矿井下瓦斯抽放管道、回风巷道、机电峒室等有瓦斯爆炸气体环境中对瓦斯浓度进行连续测定。该传感器具有测定、显示瓦斯瞬时浓度、超限报警、红外遥控调校、数字通讯等功能。

3、型号的组成及其代表意义

                

G

J

G

100

H

红外原理

测量范围（0～100）

光学原理

甲烷

传感器

 

4、产品执行标准

AQ6211-2008《煤矿用非色散红外甲烷传感器》

GB3836.4-2010 标准中Exia I 等级防爆设计

Q/SD 059–2011《GJG100H瓦斯抽放用红外甲烷传感器》企业标准

5、环境条件

1）使用环境条件

      a)  工作温度     0℃～40℃；  

      b)  相对湿度     ≤98%；

      c)  气压         （80～116）kPa；

      d)  风速         不大于8m/s；

      e)  具有甲烷或煤尘爆炸危险的煤矿井下；

2）贮存温度     －40℃～＋60℃。

3）防爆形式：矿用本质安全兼隔爆型，防爆标志为“Ixia I Ma”。

 

二 工作原理与结构

 

1. 结构：传感器结构见图1。

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.提手  2.壳体  3.显示屏  4.红外传感器 5 .标定通气嘴  6.报警灯

7.电路板  8.蜂鸣器  9.后盖（铭牌）  10.航空插头

图1 

2、工作原理

传感器由电源电路、红外甲烷检测传感器元件、单片机信号处理单元、显示电路、报警电路、红外遥控电路、频率信号输出电路、RS-485通讯电路等构成，工作原理框图见图2。

       图2

当传感器置于存在甲烷气体的环境时，甲烷气体通过传感器外壳的气窗进入气室，气室内的红外甲烷检测传感器把检测到的气体浓度处理成数字信号，经过微处理器数据处理，由数码管显示出甲烷含量，并输出(200～1000)Hz的频率信号供其它设备使用，同时通过RS－485电路完成数据上传。传感器的报警电路是由蜂鸣器、发光二极管及驱动电路组成，当甲烷浓度超过设定的报警点时，传感器会发出声光报警信号。红外遥控电路可在现场设定报警点、传感器地址、通讯速率等。

三 技术特征

 

1. 主要性能

1）传感器采用数码管显示，可用遥控器完成所有功能，实现不开盖调节，使用简便。

2）传感器能够准确测量并显示甲烷浓度，报警点在（25<X≤3５）% CH4范围内可任意设定（出厂时报警点设置为30.0% CH4）。当甲烷浓度超过设定报警值时，传感器发出间歇声、光报警。

3）RS-485通讯功能使得该传感器可与各种类型的煤矿安全监测系统进行通讯。

4）传感器采用单片机控制，使得标校简单快捷。

5）传感器的红外遥控功能可在当地完成地址、报警点、波特率等信息的设置。

2、主要参数

1）工作电源：额定电压18V，允许波动范围(9～24)V DC，电流＜95mA

1）测量范围 ：（0.00～100）%CH4；

2）测量范围在（０≤X<10）%CH4时，其分辨率应不低于0.01% CH4，测量范围在（10≤X<100）%CH4时，其分辨率应不低于0. 1% CH4。

3）基本误差（见表1）：

 

 

表1  基本误差    

测量范围（%CH4）	基本误差（%CH4）
0.00～1.00	±0.07%
1.00~100	真值的±7%

    4）响应时间：≤50 s；

5）报警方式 ：断续声、光信号，光信号在暗处的能见度不小于20m；

6）声音强度：≥80dB（距声源1m处，背景噪音＜30dB条件下）；

7）报警点：在（25<X≤3５）%CH4范围内可任意设定（出厂时报警点设置为30%CH4）。。

8）遥控距离：≤5m；

    9）传输距离：≤2km；

10）输出信号：频率（200～1000）Hz；输出高电平大于3V(负载电阻>1.5 kΩ)

              数字信号：RS485  波特率1200bps、2400bps、4800bps、9600bps可选

11）供电电源：采用陕西斯达煤矿安全装备有限公司生产的KDW127/12B矿用浇封兼本安直流稳压电源；

四 尺寸及重量   

 

1、 外型尺寸： 260mm×120mm×50mm ；

2、 重量：     ≤1kg 。

 

五 使用方法

 

1、传感器的接线

传感器使用条件应符合技术指标中规定的要求，并按下图接线，经检查无误后方可通电，预热10分钟后方可进行各种设置操作。

具体接线如图3所示。

                   

        1 空  2电源（+）   3RS485输出A   4 空  5电源（—） 6　RS485输出B  ７频率信号输出

图3

1. 红外遥控设置方法

（传感器调校时需使用本公司生产的FYF5(A)型矿用遥控器，如图4所示。）

                                 

图4

将遥控器对准接收窗口，在有效的距离和角度范围内进行调节（当按键一直按着时，遥控器不会连发红外信号，如需调节时，应点按按键，使用时请注意），通过遥控器，用户可对以下参数进行调整或设定。传感器各项功能参数的调校采用功能菜单项方式，其功能菜单项选项含义见表2。

表2

字      符	含     义
P_ _ 0	退出菜单
P_ _ 1	标 零
P_ _ 2	标 定
P_ _ 3	报警点设置
P_ _ 4	本机地址设置
P_ _ 5	波特率设置
P_ _ 6	低端补偿用
P_ _ 7	查看输出频率
P_ _ 8	查看标定是否正常
P_ 11	风速试验用
P_ 12	恢复出厂设置

 

1）退出菜单（P_ _ 0）

按“◀”按键，进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，通过“▲”或“▼”键来选择要执行的功能，当把刚选择的功能执行完成后，如果还想执行其它功能，可以不退出菜单功能选择画面，继续通过“▲”或“▼”键来选择要执行的功能。（注：只有在显示“P_ _ 0”画面时，按“OK”键才能退出菜单功能选择画面。如果20秒时间内没有再次按按键，将自动退回到浓度显示画面。）

2）标零菜单（P_ _ 1）

把传感器置于清新空气中,待读数稳定后，按“◀”键显示“P_ _ 0”,按一下“▲”键传感器显示“P_ _ 1”，按 “OK”键，当显示“P0.00”时再按一下“OK”键将标零完成。

3）标定菜单（P_ _ 2）

在传感器的气室上套上通气罩，通入流量为200ml/min的标准甲烷气体，待传感器读数稳定后, 按一下“◀”键，传感器显示“P_ _ 0”菜单，再按两下“▲”键，传感器显示“P_ _ 2” 功能菜单，按一下“OK”键后显示“PX.XX”, 再按“▲”键或“▼”键，调整传感器的显示值，把传感器显示值调整到所通入的标准气体真值后，按一下“OK”键，标定完成。

注：本传感器的标定分为低端标定和高端标定，分别用2.0±0.5%和50±5%CH4的标准气样进行低端标定和高端标定。

4）报警点设置菜单（P_ _ 3）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按三下“▲”键, 传感器显示“P_ _ 3” 功能菜单，按一下“OK”键后显示当前报警点值（例如“b _ 30. 0”）, 按“▲”键报警点浓度加1％，按“▼”键报警点浓度减1％，按“OK”键保存设定的报警点值。

5）地址设置菜单（P_ _ 4）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按四下“▲”键，传感器显示“P_ _ 4” 功能菜单，按一下“OK”键后显示当前地址值（例如“d _ 0 0”）, 按“▲”键地址号加1，按“▼”键地址号减加1，按“OK”键保存设定的地址。

6）波特率设置菜单（P_ _ 5）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按五下“▲”键, 传感器显示“P_ _ 5”功能菜单，按一下“OK”键后显示当前波特率大小（例如显示 “1200”），按“▲”键或“▼”键，循环显示波特率“1200”、“2400”、“4800”、“9600”，按“OK”键保存设定的波特率。

7）补偿用菜单（P_ _ 6）

本菜单只有在传感器标定时使用，用户一般不要使用此功能。

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按六下“▲”键, 传感器显示“P_ _ 6” 功能菜单，按一下“OK”键后显示当前补偿值（例如“0.0１”表示在测量１%以内的甲烷时，传感器自动补偿0.0１）, 按“▲”键补偿值加1，按“▼”键补偿值减1，按“OK”键保存设定的补偿值。

8）查看输出频率菜单（P_ _ 7）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按七下“▲”键, 传感器显示“P_ _ 7” 功能菜单，按一下“OK”键后显示当前甲烷浓度值对应的输出频率大小。再按一下“OK” 键后将退回到菜单功能选择画面。

９）查看标定是否正常菜单（P_ _ 8）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按五下“▼”键, 传感器显示“P_ _ 8” 功能菜单，按一下“OK”键后依次显示F _ ０ X（零点）、F _ L X (低端)、F _ H X (高端)标定结果画面各２秒，X的取值为A或E，A表示已标定成功，E表示标定不正确或没有标定，传感器在没有标定时系统将使用内部的默认值。

10）风速试验用（P_ 11）

本菜单只有在本传感器送国家相关检验部门送检做风速影响试验时才会用到，用户不使用本功能。

11）恢复出厂设置（P_ 12）

按一下“◀”键进入菜单功能选择画面，显示“P_ _ 0”时，按一下“▼”键, 传感器显示“P_ １２” 功能菜单，按一下“OK”键后显示 “A90” 再次按下“OK”键将恢复出厂值（恢复的出厂值包括：取消标定的数值、报警点恢复到30.0%、本机地址恢复到０、波特率恢复到1200、低端补偿恢复到０）。

注： 1. 传感器零点设置时，必须在清洁的空气中进行。

2. 传感器进行标定时，必须在输入标准气体且稳定后进行。

3. 标定调整的数值必须与标准气样一致，否则将会严重影响传感器测量精度。

４.为了使本传感器在全量程内的测量精度满足要求，在标定时需要在用2.0%和50%的气体分别进行标定。

3、RS-485通讯数据帧：

该传感器的RS-485通讯数据帧组成，分别是起始字节（0Xfe   0x68）、传感器地址字节、主机发的指令字节、数据字节、校验和字节和结束字节（0x0d）。上位机发送命令和下位机上传数据都是以这个数据帧来进行的。

其中：

◎　传感器地址为一个字节，高四位必需为９，９表示传感器的类型为红外甲烷传感器

◎ 主机发的指令为一个字节， 命令码如下 ：

0x01       设置传感器地址 

0x02    设置传感器波特率

`                                  0x03       恢复传感器出厂设置

                                   0x04     读取传感器参数数据  

0x05       读取传感器测试数据

0x07       修改传感器地址

0x08       读取传感器报警参数

0x09    写传感器的报警参数

◎数据字节：

1）设置传感器地址——上位机下传一个字节的数据：0x90表示0＃，0x91表示1＃，0x92表示2＃，0x93表示3＃，以此类推。0xff表示广播地址。

                     下位机上传一个字节的数据： 0xaa-设置已完成；0x55-错误

2）设置传感器波特率——上位机下传一个字节的数据：0x01表示1200，0x02表示2400，0x03表示4800，0x04表示9600，

下位机上传一个字节的数据： 0xaa-设置已完成；0x55-错误

3）恢复传感器出厂设置——上位机下传一个字节的数据：０x00。

恢复的出厂值包括：取消标定的数值、报警点恢复到30.0%、本机地址恢复到０、波特率恢复到1200、低端补偿恢复到０。

下位机上传一个字节的数据： 0xaa-设置已完成；0x55-错误

4）读取传感器参数数据——上位机下传一个字节的数据：0x00

下位机上传二个字节的数据，第一个字节为地址，第二个字节为波特率，数值的类型如同上面设置传感器地址、设置传感器波特率。

5）读取传感器测试数据——上位机下传一个字节的数据：0x00；

下位机上传五个字节的数据。

字节[0] -传感器状态字

                                    0x55 - 正常

                                    0xaa - 报警

                            字节[1] -传感器频率输出值（高位字节）

字节[2] -传感器频率输出值（低位字节）

                            给上位机回传两字节的频率数值的方法：

  把下位机的频率值*10后分成高低二个字节(eg:200.1*10=2001)，把2001转换成整型十六进制：

０x07d1  

把低字节０xd1放在字节[2]

把高字节０x07放在字节[1]

字节[3] -传感器浓度度显示值（高位BCD码）

字节[4] -传感器浓度度显示值（低位BCD码）

高位BCD码存放的是浓度显示值的整数部分，低位BCD码存放的是浓度显示值的小数部分

6）修改传感器地址——同命令１，区别是：命令１主要是用在不知道和上位机通讯的从机地址时，通过广播地址和命令１来使该从机地址强行改为目标地址，命令７主要用在知道和上位机通讯的从机地址时，通过目标地址和命令7来使该从机地址改为新的目标地址。

7）写传感器的报警参数——上位机下传三个字节的数据

　　　　          字节[0]-报警值

　　　　这三个字节都为BCD码。高四位为整数部分，低四位为小数部分。

下位机上传一个字节的数据： 0xaa-设置已完成；0x55-错误

◎ 校验和字节：校验和为一个字节．起始字节（0xfe    0x68）、传感器地址字节、主机发的指令字节、数据字节之和。

六 故障分析及排除

 

传感器的一般故障现象及处理方法(参见表3)，修理传感器时不得改变与本安性能有关的参数。

故障现象	原因分析	排除方法
传感器无任何显示	电源未接通、电源回路短路	检查、处理
数码管无显示	单片机损坏	更换
个别数码管显示缺段	数码管损坏	更换
个别数码管不显示	数码管损坏	更换
传感器重复显示“OOOO”	红外甲烷检测传感器元件损坏	更换
显示数据不正确	若调整无效，则传感元件坏	更换
充标准气样时显示数值无变化	传感器元件引线开路或传感器元件损坏	更换

表 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

七 注意事项

 

1、传感器应有专人维护使用，并严格按照说明书操作和调整，严禁随便拆卸传感器。

2、传感器在携带、使用中应避免碰撞摔磕，并注意保持传感器清洁。

3、传感器有损坏部件时返回厂家维修更换。

4、传感器的调校要定期进行，标校一般为半年进行一次。

5、传感器的红外甲烷检测传感器元件寿命大于5年，经长期使用后，若标校调整不到与甲烷标样相符值时，说明检测传感器元件寿命终止。传感器更换元件后，要重新调零和标校。

6、严禁在井下拆机检查和修理，严禁随意更换传感器的元器件。

八 成套性

1、传感器                                 1台

2、航空插头（带1.5米矿用电缆）                2个

3、遥控器                                 1个

5、使用说明书                             1份

6、合格证                                 1份                                  

 

九 贮存、运输

 

1传感器应贮存在干燥、清洁、无硫化物、无磷化物等有害气体室内。

2 包装好的传感器应适用于铁路、公路、水路和航空运输。

 

十 开箱及检查

 

打开包装箱后根据《装箱单》或本说明书第八条“成套性”检查传感器配件是否齐全。

 

十一 保修承诺

 

本产品保修期为12个月，自发货之日起计算。在此期间非人为原因损坏，本公司负责免费维修（不可抗拒因素除外，例如：自然灾害、战争等）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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