專利名稱：具有負(fù)壓補(bǔ)償功能的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，屬于煤炭、金屬等礦井 的開采過程中瓦斯氣體的測量儀，測量流量、壓力等參數(shù)。
技術(shù)背景在煤炭、金屬等礦井的開采過程中瓦斯氣體(主要是甲烷與空氣等氣體 的混合物)是極為危險(xiǎn)的，稍有不慎即可引起井下瓦斯爆炸，因此對(duì)瓦斯氣 體的監(jiān)控是煤碳、金屬等礦井安全生產(chǎn)最重要的項(xiàng)目之一。目前我國對(duì)井下瓦斯氣體的控制主要采取在瓦斯高危區(qū)采掘面鉆孔并 安裝管道進(jìn)行抽放。其具體實(shí)施是將采掘面均勻的鉆孔并安裝瓦斯抽放"子" 管，而后將多根"子"管匯合并通過一次閥門安裝在井下巷道中的瓦斯抽放 "母"管上，由一臺(tái)或多臺(tái)大功率瓦斯抽放泵抽出直接排放大氣或提純后進(jìn) 行綜合利用(天然氣能源)，在這一系列的抽放過程中瓦斯氣體綜合指標(biāo)的檢 測同樣是非常重要的，第一是為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參數(shù)，第二可以計(jì)量抽放 量用于數(shù)據(jù)整理以便瓦斯提純后做為商品天然氣出售。主抽管也就是"母"管的甲垸濃度、氣體流量、氣體壓力、氣體溫度等 參數(shù)的測量是靠安裝在主管上的甲垸、流量、壓力、溫度等各種傳感變送器 的不間斷在線獲得的。而每條支抽放管("子"管道)也裝上這樣的在線傳感 器，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)控制的復(fù)雜性角度來看都是不現(xiàn)實(shí)的。在每個(gè)采掘區(qū)就 有上百根支管，而且支抽放管內(nèi)部的流量和負(fù)壓波動(dòng)范圍較大(流量從5 500L / m i n )，使用現(xiàn)有單一量程的流量傳感器是無法精確測量這么寬的
流量波動(dòng)范圍的。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度上也有一定的復(fù)雜性。便攜式的瓦斯抽放多參數(shù)測量儀簡稱瓦斯抽放儀可以測量支管上事先安 裝好的監(jiān)測管接頭，通過軟管將儀器串接在支管上進(jìn)行測量。待測量結(jié)束后， 拿開串接在支管上的儀器并恢復(fù)原管道的連通，準(zhǔn)備對(duì)下一根支管測量。在 這一系列動(dòng)作中，由于原支管道斷開并串接入瓦斯抽放儀，而原支管斷開點(diǎn) 的氣體阻力與瓦斯抽放儀內(nèi)部氣路的氣體阻力是不相同也無法完全相同的， 導(dǎo)致在串接瓦斯抽放儀后的支氣管流量與未串接瓦斯抽放儀的支氣管流量不 同，引起儀器測量流量與真實(shí)流量有一定的誤差。 實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種具有負(fù)壓補(bǔ)償功能的礦用 瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，在測量時(shí)用以抵消原支管斷開點(diǎn)的氣體阻力與瓦斯 抽放儀內(nèi)部氣路的氣體阻力使儀器測量流量與真實(shí)流量盡量相符。為完成上述任務(wù)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種具有負(fù)壓補(bǔ)償功能的 礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，在儀表內(nèi)進(jìn)氣口和出氣口之間的管路上串裝有 流量計(jì)，在上述管路上還串裝有負(fù)壓補(bǔ)償電動(dòng)氣泵，在進(jìn)氣口和出氣口處管 路上分別安裝有一壓力傳感器，兩壓力傳感器通過氣壓信號(hào)采集電路與處理 控制電路連接，處理控制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路控制氣泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí) 現(xiàn)進(jìn)氣口和出氣口之間的氣壓平衡，從而抵消儀器產(chǎn)生的氣流阻力。處理控制電路為單片機(jī)處理電路。氣壓信號(hào)采集電路由一片模擬開關(guān)和一片AD轉(zhuǎn)換器組成，模擬開關(guān)控制兩個(gè)氣壓傳感器的選通，單片機(jī)控制模擬開關(guān)的切換時(shí)間，AD轉(zhuǎn)換器將氣 壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。 處理控制電路采用脈寬調(diào)制方式調(diào)整氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)進(jìn)、出氣口氣 壓差的高低輸出脈寬不同的方波。驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，處理控制電路的輸出通過該驅(qū) 動(dòng)電路控制氣泵電機(jī)電源的通斷達(dá)到調(diào)節(jié)氣流量的作用。本裝置在儀表內(nèi)管路上串裝有負(fù)壓補(bǔ)償電動(dòng)氣泵和并在進(jìn)氣口和出氣口 出安裝兩只氣壓傳感器，兩只傳感器通過氣壓信號(hào)采集電路與處理控制電路 連接，處理控制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路控制氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口和 出氣口之間的氣壓平衡。本實(shí)用新型可根據(jù)儀器設(shè)定好的參數(shù)與測量氣流量 的多少而自動(dòng)進(jìn)行負(fù)壓補(bǔ)償，大大減少了測量通道與實(shí)際支管通道中的負(fù)壓 差值，更真實(shí)的反應(yīng)支管氣流量。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的工作原理框圖；圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
如圖l、 2、 3、 4所示，本實(shí)用新型的具有負(fù)壓補(bǔ)償功能的礦用瓦斯抽放 多參數(shù)測量儀，在儀表6內(nèi)進(jìn)氣口和出氣口之間的管路上串裝有流量計(jì)2，在 上述管路上還串裝有負(fù)壓補(bǔ)償電動(dòng)氣泵4，在進(jìn)氣口和出氣口處管路上分別安 裝有一壓力傳感器l (Pl)、 5 (P2)，兩壓力傳感器通過裝在電路板3上的氣 壓信號(hào)采集電路與處理控制電路連接，處理控制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路控 制氣泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口和出氣口之間的氣壓平衡，從而抵消儀器產(chǎn)
生的氣流阻力。硬件電路中，兩氣壓傳感器PK P2:選用Honeywell公司出 品的ASDX030氣壓傳感器，量程0 30PSI;精度2% Vfss;響應(yīng)時(shí)間8ms; 工作溫度一20 105"C;輸出信號(hào)0 4 V。氣壓信號(hào)采集電路由一片4051 模擬開關(guān)和一片12位AD轉(zhuǎn)換器1241組成。模擬開關(guān)控制兩個(gè)氣壓傳感器 的選通，單片機(jī)控制模擬開關(guān)的切換時(shí)間，AD轉(zhuǎn)換器1241將氣壓模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)選用AT89C2051，體積小，功能強(qiáng)。采 用脈寬調(diào)制方式調(diào)整氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，單片機(jī)根據(jù)進(jìn)出氣口氣壓差的高低輸出 脈寬不同的方波，通過兩個(gè)三極管卯13和3DD6控制氣泵電機(jī)電源的通斷達(dá) 到調(diào)節(jié)氣流量的作用。采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵，電機(jī)供電額定電壓9V， 電流1A。電源采用3串1.8Ah鋰電池供電，電壓9 12.6V本測量儀測量氣路進(jìn)出氣口的氣壓差，單片機(jī)系統(tǒng)可根據(jù)進(jìn)出氣口的氣 壓差控制負(fù)壓補(bǔ)償氣路的氣流量，直至進(jìn)出氣口的氣壓相等。當(dāng)瓦斯(甲烷)氣體由支管進(jìn)氣口流經(jīng)流量負(fù)壓傳感器時(shí)，兩種傳感器分 別測量出瓦斯氣體流量、支氣管負(fù)壓力，這些電信號(hào)經(jīng)過放大、D/A轉(zhuǎn)換， 一路傳經(jīng)數(shù)據(jù)測量顯示系統(tǒng)；另一路傳經(jīng)負(fù)壓泵控制電路，根據(jù)儀器測量值 自動(dòng)的調(diào)整負(fù)壓泵的工作電壓，使負(fù)壓泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)儀器內(nèi)部進(jìn)、出氣口的 負(fù)壓力差進(jìn)行變化，負(fù)壓差增大，負(fù)壓泵的工作轉(zhuǎn)速也提高，抽氣量也隨之 增大；相反負(fù)壓差減少，負(fù)壓泵的工作轉(zhuǎn)速也降低，抽氣量也隨之減小?？?以起到儀器內(nèi)部進(jìn)出氣口的負(fù)壓力差近似等于O，從而自動(dòng)的補(bǔ)償了抽放氣管 道中串接儀器所造成的流量損失，使抽放支管道中串接儀器測量時(shí)的流量真 正近似于抽放支管道中未串接儀器時(shí)的原始流量。
權(quán)利要求1、一種具有負(fù)壓補(bǔ)償功能的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，在儀表內(nèi)進(jìn)氣口和出氣口之間的管路上串裝有流量計(jì)，其特征在于，在上述管路上還串裝有負(fù)壓補(bǔ)償電動(dòng)氣泵，在進(jìn)氣口和出氣口處管路上分別安裝有一壓力傳感器，兩壓力傳感器通過氣壓信號(hào)采集電路與處理控制電路連接，處理控制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路控制氣泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，其特征在于，處 理控制電路為單片機(jī)處理電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，其特征在于， 氣壓信號(hào)采集電路由一片模擬開關(guān)和一片AD轉(zhuǎn)換器組成，模擬開關(guān)控制兩 個(gè)氣壓傳感器的選通，單片機(jī)控制模擬開關(guān)的切換時(shí)間，AD轉(zhuǎn)換器將氣壓模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，其特征在于，處理控制電路采用脈寬調(diào)制方式調(diào)整氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，其特征在于，驅(qū) 動(dòng)電路由兩個(gè)三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，處理控制電路的輸出通過該驅(qū)動(dòng)電路 控制氣泵電機(jī)電源的通斷達(dá)到調(diào)節(jié)氣流量的作用。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種礦用瓦斯抽放多參數(shù)測量儀，屬于煤炭、金屬等礦井的開采過程中瓦斯氣體的測量儀，測量流量、壓力等參數(shù)。該測量儀在儀表內(nèi)進(jìn)氣口和出氣口之間的管路上串裝有流量計(jì)和氣壓傳感器，在上述管路上還串裝有負(fù)壓補(bǔ)差電動(dòng)氣泵，所述氣壓傳感器有兩只，一只安裝在進(jìn)氣口處管路上，另一只安裝在出氣口處管路上，兩只傳感器通過氣壓信號(hào)采集電路與處理控制電路連接，處理控制電路的輸出通過驅(qū)動(dòng)電路控制氣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口和出氣口之間的氣壓平衡。
文檔編號(hào)G01D21/02GK201028976SQ20062003241
公開日2008年2月27日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者尹宗保, 波 李, 智 黎 申請人:鄭州蓋特信息技術(shù)有限公司