1 概述
GFY15X矿用双向风速传感器(以下简称传感器),主要用于煤矿井下各种巷道、风口、风机井口等处的风速、风向的检测,具有就地测量、显示和上传功能,并能根据设置的报警条件实现就地声、光报警。具有结构简单、测量准确、性能稳定、可靠性高等优点,可与各种类型的煤矿安全监测系统配套使用。
本产品执行常州迪泰科特测控设备有限公司企业标准《Q/DM013-2014》。
2 适应的环境条件
a) 环境温度: 0℃~+40℃;
b) 湿度: ≤98%;
c) 大气压力: 80kPa~116kPa;
d) 无显著振动和冲击的场合;
e) 煤矿井下有甲烷爆炸性混合物但无破坏绝缘和腐蚀性气体的场合。
3 主要技术指标
3.1 防爆型式
矿用本质安全型,防爆标志为:“ExibⅠMb”。
3.2 供电电源
a)工作电压:直流 9V~24V;
b)工作电流:≤50mA。
3.3 测量范围:0.4m/s~15m/s。
3.4 基本误差:≤±0.2m/s。
3.5 分辨率:0.1m/s。
3.6 输出信号(出厂时只有一种)
3.6.1 RS485信号
a) 半双工通信方式,传输速率:2400bps;
b) 信号电压峰峰值:2V~12V;
c) 最大传输距离:不小于2km(使用MHYV煤矿用电缆,其单芯截面积为1.5mm2)。
3.6.2 频率信号
a) 信号范围:200Hz~1000Hz(线性对应0 m/s~15m/s)频率信号;
b) 信号的正、负脉冲宽度:≥0.3ms;
c) 高电平不小于3.0V(拉电流为2mA时),低电平不大于0.5V(灌电流为2mA时)。
3.6.3 风速的电流信号
a) 1mA~5mA或4mA~20mA 电流信号(线性对应0 m/s~15m/s,也可选为0~5mA或者0~20mA);
b) 负载能力:1mA~5mA时≥800Ω;4mA~20mA时≥200Ω。
3.6.4 风向的电流信号
a) 电流类型:1mA/5mA、0mA/5mA(分别对应正向风/反向风)可选(电路板左边的跳线J-1,短接时输出1mA/5mA,断开时输出0mA/5mA);
b) 信号范围:0mA时,≤0.05mA;1mA时,1mA~1.4mA;5mA时,4.5mA~5.5mA;
c) 负载能力:≥1kΩ。
3.7 响应时间
传感器的响应时间:≤5s。
3.8 声光报警功能
a) 传感器能在测量范围内设置报警点(出厂设为8m/s),报警显示值与设定值的差值不大于0.1m/s;
b) 报警声级强度在其1m远处的声响信号的声级不小于80dB(A);光信号在黑暗环境中20m远处清晰可见。
4 主要结构特征及工作原理
4.1 外形尺寸及重量
a) 外形尺寸(如图2,长×宽×高):360mm×126mm×50mm;
b) 重量:约1kg。
图2 传感器外形图
4.2 工作原理
根据流体力学,一定流速的气体会形成压力场,其关系符合公式1,应该只要能测出流体的密度、流体压差和皮托管系数,就能计算出当前流体的流速。空气的密度计算公式如图2所示,按照气体方程,只要知道当前的绝对温度和压强,就能计算出当前位置的空气密度,从而计算出空气的流动速度。本传感器就是采用该来精确测量风速,在传感器内部通过微处理器进行了温度、压力和线性等修正,可以在全量程范围内得到很好的测量精度。
公式1:流体流速与压力的关系式
式中: v——真实风速,单位为m/s;,ρ——流体密度,单位为kg/m3;p——流体流动方向上的压力差,单位为Pa;ξ——皮托管系数。
公式2:空气的密度公式
式中: ρ——空气密度,单位为kg/m3; P——大气压力,单位为Pa;T ——干空气的热力学温度,单位为K。
5 接线与安装
5.1接线
传感器出厂时配有矿用4芯电缆(MHYV煤矿用阻燃电缆,其单芯截面积为1.5mm2),电缆有与传感器配对的4芯接头,电缆各芯按颜色区分,代表意义如下:
表1 接线规则表
线的颜色 信号类型 |
蓝 |
绿 |
白 |
红 |
RS485信号 | 485-A | 485-B | 电源负 | 电源正 |
频率信号 | 电源负 | 风向的电流输出正 | 风速的频率输出正 | 电源正 |
电流信号 | 电源负 | 风向的电流输出正 | 风速的电流输出正 | 电源正 |
5.2 安装
通电后,在无风状态,风速显示为“00.0”,对准探头进风口吹气,会显示一定数值,表明传感器测试能力正常。
安装时首先选择平直的巷道,在风速平稳无遮挡的位置安装,离开巷道的侧壁和顶板距离都应该在20cm以上。选定位置后,采取壁挂方式固定好传感器,注意风的流向应该和测量头上箭头一致,进风口靠近探头有圆柱体侧。取样口与巷道平行,让风垂直流入取样口。安装过程应该注意:
1.进出风口不能错误;
2.传感器必须与巷道垂直,确保风向与传感器上的风速取样口平行;
3.传感器必须安装牢固,不能随风摆动;
4.安装好后,在进风口处不能有遮挡物,也不能有线缆等。
6 数码管及LED显示说明
数码管的分布见图3,第一位为功能显示,后三位显示风速值,左边的发光二极管为指示灯,最末位的小数点亮,表示传感器工作电压超出正常范围(大于25V或者小于8.5V)。
指示灯在各种输出类型号中的状态及作用如表3所说明:
表2 指示灯功能表
状态 指示灯类型 | 亮 | 闪烁 | 灭 |
LED1 | 电源正常 | 485方式正在通信 | 电源故障 |
LED2 | 输出信号正常 | - | 输出信号开路 |
LED3 | 风流的方向为正向 | - | 风流的方向为反向 |
7 传感器的现场调整
传感器可使用我公司的FYF3型遥控发送器进行调整,其外形如下图4所示,在本传感器中只需使用功能、“”、“” 三个按键。
注意:
1. 所有参数调整后,传感器会自动保存;
2. 遥控器调整完毕后,都需要按“功能”键使首位不显示,或者同时按“S1”、“S2”键,才能返回正常测量状态;
3. 遥控器首次使用时,需要拨下遥控器正下方电池上的绝缘塑料;
4.调整时要将遥控器的红外发射部分正对图2所示的红外接收区域,距离最好不超过0.5米。
图 4 FYF3型遥控发送器
7.1 校准
a)调零。将传感器置于无风的环境中,给传感器上电,观察显示是否为零,若有偏差,按遥控器上的“功能”键,第一位数码管显示“1”,然后再按“”键使后3位数码管显示为零,即可完成传感器的调零工作。
b)校准。风速传感器在现场校准时应使用符合要求的风筒,调整时使用9m/s左右的风速,稳定后,按遥控器上的“功能”键2次,直到第一位数码管显示“2”,然后再根据需要分别按“”和“”键进行调节,使后3位数码管的显示值与实际风速值相同即可。
7.2 报警点的调整
本传感器设有声光报警功能,报警门限可由遥控器设定,操作方法如下:按遥控器上的“功能”键3次,直到第一位数码管显示“3”,后3位数码管会自动显示当前报警点,然后再根据需要分别按“”和“”键可以增大或减小报警点。请注意报警点的范围是4.0m/s~15.0m/s,调整步进为0.5m/s,如果超出此范围,操作将无效。
连续按遥控器上的“功能”键,直到第一位数码管显示“4”,后两位数码管会自动显示风向反向报警点,根据需要分别按“”和“”键可以增大或减小风向反向报警点,风向反向报警点的范围是0.0m/s~4.0m/s,出厂默认为0.2m/s。
7.3 传感器的测试功能
本传感器设有报警测试功能,操作方法如下:连续按遥控器上的“功能”键,直到第一位数码管显示“5”,后3位数码管会自动显示“07.5”,表示当前量程的一半,输出信号和实际风速值到达“7.5m/s”时相同。
7.4 输出电流的调整(只有电流输出方式的传感器才需要)
电流输出的传感器,在现场如果需要对输出电流进行校正时(一般不需要),按遥控器上的“功能”键,直到第一位数码管显示“6”,传感器会自动输出显示0时的电流,然后分别按“”和“”键可以对零点输出电流进行调整;第一位数码管显示“7”时,传感器会自动输出满量程时的电流,按同样方法可以对满量程的输出电流进行调整。
8 使用注意事项
8.1 注意正确接线,以免损坏设备;
8.2 接线前应明确分站接入信号的制式和接入信号的类型;
8.3在煤矿井下严禁随意拆卸、检修,非专业人员请勿随意检修;
8.4 传感器在正常的使用中,应该注意风速头的清洁,并定期对传感器进行校准以保证测量的精度;
8.5 本安产品不得随意与其它未经联检的设备连接;
8.6 维修时不得改变本安电路和与本安电路有关的元器件的电气参数、规格和型号。
9 常见故障处理与维修
常见故障处理与维修见下表3。
表3 常见故障处理表
序号 | 故障现象 | 可能造成原因 | 排除方法 |
1 | 通电无反应 | 供电电源无输入 | 检查供电和电源接线 |
2 | 4位数码管不显示 | 传感器没有工作 | 检查单片机的工作电源 |
3 | 输出信号异常 | 信号输出线接错 | 检查接线 |
信号输出线断路、短路或接触不好 | 检查接线 | ||
分站或传感器故障 | 检查分站或传感器 |
10 运输、贮存
10.1 运输
完整包装的产品,在避免雨雪直接淋袭的条件下,可适用各种形式的运输方式。
10.2 贮存
包装后的传感器能在温度为-10 ℃~+40℃,相对湿度≤90%的环境中贮存12个月以上。
11 随机附件
使用说明书 1份;
产品合格证 1份;
装箱单 1份;
遥控器 1只(视具体情况)。