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1 概述
GJC4/40型矿用高低浓度甲烷传感器（以下简称传感器）是一种允许在煤矿井下爆炸性气体环境中正常使用的矿用本安兼隔爆型设备，用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量。它可以实现井下甲烷浓度的实时测量显示并具有超限声光报警功能，同时能够将井下甲烷浓度转换成电信号输送给分站。
本产品执行常州迪泰科特测控设备有限公司企业标准《Q/DM026-2015》。
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) 风速：≤8m/s；
e) 无显著振动和冲击的场合；
f）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 技术参数
3.1 防爆型式
矿用本安兼隔爆型，防爆标志为 “ExdibⅠMb”。
3.2 工作电源
a) 工作电压：直流9V~24V；
b) 额定工作电流: ≤55mA(18V时)。
3.3 输出信号(出厂时只有一种)
3.3.1 RS485信号
a) 半双工传输方式，传输速率:2400bps；
b) 最大传输距离：2km（使用MHYV煤矿用阻燃电缆，其单芯截面积为1.5mm2）；
c) 信号电压峰峰值：2V~12V。
3.3.2 频率信号
a) 低浓度端：200Hz～1000Hz(线性对应0~4.00%)，正、负信号脉冲宽度不小于0.3ms；
b) 高浓度端：1200Hz～2000Hz(线性对应0~40.0%或0~100%也可选为对应4.00%~40.0%或4.00%~100%),正、负信号脉冲宽度不小于0.15ms；
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）。
3.3.3 电流信号
a) 1mA～5mA或4mA～20mA电流信号(线性对应0~40.0%或0~100%,也可选择0mA～5mA或0mA～20mA)；
b) 负载能力：1mA～5mA时≥800Ω；4mA～20mA时≥200Ω。
3.4 量程：（0～40.0）%CH4，可选为（0～100）%CH4；
3.7 显示分辨率
传感器以百分体积浓度表示测量值，采用数字显示，在（0.00～9.99）%CH4浓度段，分辨率不低于0.01%CH4，在10.0%CH4以上浓度段，分辨率不低于0.1%CH4。
3.8 工作转换点
传感器中载体催化元件与热导元件工作转换点设置范围为（3.00～4.00）%CH4,由低浓度转换为高浓度转换点为3.90%CH4,由高浓度转换为低浓度转换点为3.10% CH4。传感器具有保护载体催化元件的功能。
3.9甲烷显示值稳定性
在（0.00～4.00）% CH4范围内，当甲烷浓度保持恒定时，传感器的显示值或输出信号值（换算为甲烷浓度值）的变化量不超过0.04%CH4。
在（4.00～40.0/100.0）%CH4范围内，当甲烷浓度保持恒定时，传感器的显示值或输出信号值（换算为甲烷浓度值）的变化量不超过0.40%CH4。
3.10 风速影响
传感器在8m/s风速条件下，显示载体催化元件指示值时，其指示值的漂移量不超过
±0.01%CH4；显示热导元件指示值时，其指示值的漂移量不超过±0.10%CH4。
3.11 基本误差
传感器的基本误差符合表1的规定。
表1 传感器的基本误差（载体催化元件检测时）
测量范围%CH4 | 基本误差 |
0.00～1.00 | ±0.10%CH4 |
1.00～3.00 | 真值的±10% |
3.00～4.00 | ±0.30%CH4 |
传感器在热导元件检测时的基本误差应符合表2的规定。
表2 传感器的基本误差（热导元件检测时）
测量范围%CH4 | 基本误差 |
4.00～满量程 | 真值的±10% |
3.12 传感器在转换点转换时的附加误差不超过1.00%CH4。
3.13 响应时间
传感器的响应时间不大于20s。
3.14 声光报警功能
a) 传感器能在0.30%～2.50%范围内设置报警点（出厂设为1.00%）,报警显示值与设定值的差值不大于±0.05%CH4。
b) 报警声级强度在1m远处的声级不小于80dB（A）；光信号在黑暗环境中20m远处清晰可见。
3.15 断电功能
传感器能在0.30%～2.50%范围内设置断电点（出厂设为1.50%）,断电显示值与设定值的差值不大于±0.05%CH4。
3.16 复电功能
传感器能在0.30%～2.50%范围内设置复电点（出厂设为1.00%）,复电显示值与设定值的差值不大于 ±0.05%CH4。
3.17 感器的标定流量：200ml/min。
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1，长×宽×高）：252mm×126mm×51mm；
b) 重量：约1kg。
4.2 主要工作原理
该传感器由供电电源、甲烷检测头、检测及信号处理电路、红外接收头、单片机以及显示电路、声光报警电路等部分组成，工作原理如图2所示。
5 使用与接线
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2 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 | 断电输出正 | 频率输出正 | 电源正 |
电流信号 | 电源负 | 电流输出负 | 电流输出正 | 电源正 |
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，后三位显示甲烷浓度值，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范围（大于25V或者小于8.5V）。
图 3 四位数码管
指示灯在各种输出类型中的状态及作用如表3所说明：
表3 指示灯功能表
状态 指示灯类型 | 亮 | 闪烁 | 灭 |
红色 | 电源正常 | 485方式正在通信 | 故障 |
绿色 | 输出信号正常 | - | 输出信号开路 |
报警灯 | 在高浓段校准模式 | 在报警 | 在低浓段校准模式或未报警 |
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，或者按住“S1”不释放，然后按下“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1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
注意：1.传感器长期断电储存后（七天以上），建议通电老化半小时以上，再开始校准；
2.传感器使用期限较长（2年以上），零点漂移过大或灵敏度下降50%以上，超出遥控器的调节范围后，为保证测量的准确性，建议更换新的传感器；
3.如果通过同时按下“S2”和“功能”键，强行使能传感器高浓头工作，传感器在任何情况下都会声光报警，同时在浓度小于3.00%时，误差会比较大。用户应该在按下“功能”键后再同时按下“S2”和“功能”键，取消强行控制。
7.1.1 低浓度段校准
a）调零：传感器上电，在清洁空气中稳定后，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。如果传感器首位显示“-1”，表示传感器负偏，按“” 键使传感器显示“10.00”即可。
b）通气校准：以200ml/min的流量通入2.00%的甲烷气样，稳定后，按遥控器上的“功能”键2次，第一位数码管显示“2”，然后再根据需要分别按“”和“”键，使后3位数码管的显示值与实际气样值一致即可。
c）非线性校准：该校准一般不需要进行，是预留功能。如果传感器在0~2.00%之间都准确，在3.00%以上误差较大，才需要进行。校准时以200ml/min的流量通入3.50%的甲烷气样，稳定后，按遥控器上的“功能”键8次，第一位数码管显示“8”，然后再根据需要分别按“”和“”键，使后3位数码管的显示值与实际气样值一致即可。
7.1.2 高浓度段校准
a）调零：传感器上电，在清洁空气中稳定后，按遥控器上的“功能”键，第一位数码管显示“1”，然后同时按遥控器上的“S2”键和功能键，传感器会强行切换到高浓部分工作，并声光报警作为提示。等待10秒后，传感头切换完成，自动开始工作。（注意：同时按下“S2”和“功能”键后，传感器会强行使能高浓传感头工作，在浓度小于3.00%时，误差会比较大。正常使用时，必须再次按下“S2”和“功能”键，取消强行控制，传感器会自动关报警作为提示）然后按遥控器上的“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，即可完成传感器高浓部分的调零工作。如果传感器首位显示“-1”，表示传感器负偏，按“” 键使传感器显示“10.00”即可。
b）通气校准：调整为零点后，不要动遥控器上的任何按键，以200ml/min的流量通入20.0%的甲烷气样，稳定后，按遥控器上的“功能”键2次，第一位数码管显示“2”，然后再根据需要分别按“”和“”键，使后3位数码管的显示值与实际气样值一致即可。
c）非线性校准：该校准一般不需要进行，是预留功能。如果传感器在4.00%~20.0%之间都准确，在30.0%以上误差较大，才需要进行。校准时以200ml/min的流量通入35.0%的甲烷气样，稳定后，按遥控器上的“功能”键8次，第一位数码管显示“8”，然后再根据需要分别按“”和“”键，使后3位数码管的显示值与实际气样值一致即可。
7.2 报警点、断电点和复电点的调整
a）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，直到第一位数码管显示“3”，然后再根据需要分别按“”和“”键可以增大或减小报警点（后3位数码管的显示值）。请注意报警点的范围是0.50%～2.50%，调整步进是0.05%,如果超出此范围，操作将无效。
b）断电点的设置和报警点的设置方法相同，按遥控器上的“功能”键，直到第一位数码管显示“4”，然后再根据需要分别按“”和“”键增大或减小断电点（后3位数码管的显示值）。请注意断电点的调整范围是0.50%～2.50%，调整步进是0.05%,超出此范围,操作将无效。
c）复电点的设置和报警点的设置方法相同，按遥控器上的“功能”键，直到第一位数码管显示“9”，然后再根据需要分别按“”和“”键增大或减小复电点（后3位数码管的显示值）。请注意复电点应该比断电点小，其调整范围是0.00%～2.50%，调整步进是0.05%,超出此范围,操作将无效。
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：按遥控器上的“功能”键，直到第一位数码管显示“5”，当低浓传感头工作时，后3位数码管自动显示当前的模拟测试值，默认的测试值为“0.50”，输出信号和甲烷实际浓度达到“0.50”时相同，使用遥控器的“”和“”键可以增大或减小该模拟值，其调整范围是0.00%～2.50%，调整步进是0.05%,通过该功能可以实现系统报警、断电等功能的模拟测试。
第一位数码管显示5时，如果是高浓传感头工作（如按下了“功能”键和“S2”键），数码管将显示满量程的一半，输出信号和实际甲烷浓度到达满量程的一半时相同，通过该功能可以实现系统高浓段输出功能的测试。
7.4 输出电流的调整（只有是电流输出方式才需要）
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 使用和维护
传感器在正常的使用中，应该注意取样头的干燥和清洁，应定期对测量探头进行维护校准以保证测量的精度。
9 使用注意事项
9.1 注意正确接线,以免损坏设备；
9.2 接线前应明确分站接入信号的制式和接入信号的类型；
9.3 本安产品不得随意与其他未经过联检的设备连接；
9.4 传感器使用时应采取防振动措施，不可跌落或强烈撞击，不可用水浸泡；
9.5 传感器受到有毒气体（如硫化氢等）的侵害后，灵敏度有较大变化时应及时更换检测元件；
9.6 传感器长期断电储存后，建议通电10小时以上，再投入使用；
9.7 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；
9.8 在煤矿井下严禁随意拆卸、检修，非专业人员请勿随意检修。
10 常见故障处理与维修
常见故障处理与维修见下表4。
表4 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 | 检查供电设备和电源线 |
2 | 4位数码管不显示 | 传感器没有工作 | 检查单片机和电源芯片 |
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 |
11 运输、贮存
11.1 运输
完整包装的产品,在避免雨雪直接淋袭的条件下, 可适用于水运、陆运及空运等各种运输方式。
11.2 贮存
包装后的传感器能在温度为-10℃～+40℃，相对湿度不大于90%的环境中贮存12个月以上。
12 附件及资料
使用说明书 1份；
产品合格证 1份；
FYF3型遥控发送器 1只（视具体情况）；
装箱单 1份。