GFW15礦用風速傳感器

一、概述

1、用途及適用范圍

GFW15礦用風速傳感器主要用于煤礦井下各種坑道，風口,扇風機井口等處的風速的檢測，以確保煤礦的安全生產。

2、儀器特點

*微電腦處理芯片：采用新型單片微機和高集成數字化電路，使電路結構簡單、性能可靠，便于維修調試。

*靈敏度高：高性能的傳感器元件加上儀器內部軟件的自動非線性補償使得儀器對風速的檢測具有較高的靈敏度。

*可靠性高：本儀器具有開機自檢、自動穩零、精度校正等功能，且采用紅外遙控調校，整機沒有任何調整孔，儀器的零點、精度的調整，報警值的設定以及輸出信號的設定均由紅外遙控器控制。可以避免開蓋調試，減小機械損傷，提高整機的密封性，延長了儀器使用壽命。

*穩定性好：本儀器根據卡曼渦街理論測量的風速穩定可靠。

*兼容性好：本儀器可由紅外遙控器靈活設置多種輸出信號式，幾乎可以與國內所有類型的分站連接。

*外觀精巧、結構簡單：本儀器電路板采用貼片式焊接，外觀輕巧美觀，結構精致合理，密封性極好，便于安裝。

3、型號

3．1、型式：吊掛式，連續工作方式

3．2、型號及其意義：其具體含義如圖1示。

圖1型號含義

二、結構特征與工作原理

1、結構特征

儀器外殼采用鋅合金材料壓鑄而成，上下蓋之間采用凹凸外加密封圈緊合，具有耐腐、防爆、抗干擾等特點。銘牌為不繡鋼標牌，氣室為鍍鉻銅體。

該儀器的外觀結構平面示意圖如圖2所示

圖2   外觀結構平面示意圖

1、殼體  2、顯示窗  3、蜂鳴器室  4、銘牌  5、電纜緊固件   6、漩渦發生體

7、掛鉤  8、報警燈室

2、工作原理

儀器由電源電路；超聲波調制解調電路；中央處理電路；信號輸出電路；聲光報警電路；顯示電路；遙控接收電路；數據存儲電路等組成（電原理框圖見圖3）。

2.1 電源電路：

穩壓電路由穩壓器M1、二極管VD001、電容C000～C003、C307～C309等組成。外接本安電源經穩壓后，給各電路供電5V，D102為電源反相集成塊7660，將＋5V電壓反相輸出－5V電壓供精密運算放大器D302使用。

2.2 超聲波調制原理：

根據卡曼渦節理論，在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體（漩渦發生體）時，則在一定的雷諾數范圍內（RED=200～50000），阻力體下游會產生兩排交替的、內旋的漩渦列，而其漩渦率正比于流速，公式表示：

f=St V/d

式中： f――漩渦頻率            St――常數（斯特拉哈爾數范圍為0.21）

V――風速                    d――漩渦發生體線徑

因此，只要測出f，就可求出風速V，超聲波風速傳感器就是利用超聲波被漩渦調制的原理來測定漩渦頻率的。

圖4

圖4中，A、B為一對性能相同或相近的聲頭，A為發射聲頭，B為接收聲頭，C為旋渦發生體，A發射一束連續等幅的超聲波，超聲波穿過空氣到達對面被接收，當沒有旋渦通過超聲波束時(左圖)，B接收到連續等幅的超聲波信號。當旋渦與超聲波相碰時，因旋渦運動產生的內部壓力梯度，使通過的旋渦的聲能被折射和反射，結果B接收到的超聲波束幅度就減小（右圖），在旋渦流過超聲波束后，而下一個旋渦未到達之前，超聲波立即恢復原狀，B就收到原來幅值的超聲波束。因此，只要有一個旋渦通過超聲波束，超聲波就被調制一次。通過旋渦有多少個，超聲波就被調制多少次，所以超聲波束的調制頻率就是我們要測量的旋渦頻率f 。測量的頻率信號f由89C52單片機進行平均值、瞬時值、統一化、非線性補償、修正等計算。

2.3 微處理電路：

此電路由集成微機芯片（單片機）D101及晶振JZ1、電容C101、C102組成。它完成數據的采集、運算、處理、控制、輸出等功能。

2.4 信號輸出電路：

此電路由集成芯片D302A、三極管V401、V403、V404、二極管V404、電阻R401～R408電容C401、C402、發光二極管L401等組成。由單片機的24腳控制輸出與風速對應的頻率信號，25腳控制輸出與風速對應的電流信號。

2.5 聲光報警：

聲光報警電路由R112、4個發光二極管組L、V101、R113和蜂鳴器S等組成，當檢測的風速值低于設定報警值時，單片機P2.3、P2.4口徑D4反向器驅動來實現聲光交替報警功能。

2.6顯示電路：

顯示電路由3位LED數碼管、R101∽R108等組成，該電路為動態掃描顯示由單片機D101的P0口輸出的段碼徑限流電阻R101∽R108送入到數碼管的各段顯示數值。

2.7 遙控接收電路：

此電路由紅外接收頭HW、電阻R109、R110、電容C108、C109組成，負責接收由遙控器發來的命令信號，供給單片機的P35口。

2.8 數據存儲電路：

此電路由集成芯片D103、電阻R114、R115組成，負責存儲由遙控器設置和調整的各種參數值。

三、主要技術指標

1、適用條件：

環境溫度：     0℃～40℃

相對濕度：    ≤98%RH

大氣壓力：     80～110KPa

2、主要技術參數：

2.1工作電壓波動范圍:9V～24V  DC

2.2測量范圍：風速0.4～15.0m/s；

2.3坑道斷面積：  ≤30 m2（任意設置）；

2.4允許誤差：    ≤±0.3 m/s；

2.6信號輸出：5～15Hz，200Hz ～ 1000Hz

2.7傳輸距離：傳感器到分站的傳輸距離：2km（使用MHYVRP電纜，導體截面積1.5mm2, 分布電感<0.8mH/km，分布電容<0.06μF/km，電阻<12.8Ω/km）。

2.8工作電壓：18V DC；  工作電流：≤60mA

2.9防爆類型

防爆型式：礦用本質安全型

防爆標志：ExibI

2.10本安參數

a) Ui：18.3V DC       Ii：60mA

b) Ci：0.07 nF        Li：0 mH

3、外殼：

外殼材料：   鋅合金

外型尺寸：   225mm×166mm×53mm

重    量：   ≤1.00Kg

4、關聯設備

關聯、配接、配套設備見附錄

四、安裝和調試

1、安裝

實際使用前，一般可進行簡單測試。本機出廠時已設置好參數，接線完成后，即可通電。在無風狀態，風速顯示為零，然后對準探頭進風口吹風，本機即刻顯示一定風速。

安裝時，把測量探頭牢固地安裝在測量位置，不能晃動，注意探頭進風方向,有圓柱體側為進風口。儀表可懸掛在附近，接入電源及輸出線。見圖5風速安裝示意圖。

圖5

2、與關聯設備的連接

2．1、使用經過防爆關聯設備檢驗通過的本安型電源裝置。

2．2、儀器與關聯設備的連接如圖6示。

風速

傳感器

地面微機

監測系統

本安電源和分站

圖6 儀器與關聯設備的連接

2．3、儀器下端電纜連接插座接線方式如圖7示。

圖7 內部插座接線方式

五、使用方法

本機出廠時設置為顯示風速，一般情況下用戶不需任何操作既可使用，本機顯示探頭測點風速。在使用中，用戶如需調整修改參數，必須先仔細閱讀本說明書，用遙控器方可調整。

1、儀器上電

當儀器通電后，單片機復位，儀器依次顯示（“×”表示該位數碼管顯示的數字）：

F  S  1         程序開始，顯示輸出信號方式

b  ×.×         報警設定值

× × ×        調制零頻

2、遙控器按健功能簡介

本儀器的各種調節（調零、調精度等）均由紅外遙控器完成，本儀器使用的紅外遙控器外觀圖見圖8。

圖8

5

“功能”：按此健一次，儀器顯示“××.×.”，并閃爍，表示風速調零狀態；按此鍵二次，儀器顯示“J×.×.”表示調風速靈敏度（在風速為6 .0m/s時調整）狀態；按此鍵三次，儀器顯示“××.×.”，表示調風速補償系數狀態（注意分別在0～5 m/s、5 m/s～10 m/s和10 m/s～15 m/s段各調一次）；按此鍵四次，儀器顯示 “b×.×”表示調報警設定值狀態；按此鍵五次，儀器顯示“×××”表示漩渦調制實時頻率；按此鍵六次，儀器顯示“C 7.5”表示模擬7.5m/s風速值狀態；按此鍵七次，儀器顯示“F S ×”表示調輸出頻率方式狀態；按此鍵八次，儀器顯示“q   ”表示將儀器各參數設置為默認值狀態；按此鍵九次與按此鍵一次相同，依此類推。“增加”：在風速調零、調風速靈敏度、調風速補償系數、調報警設定值狀態下按此鍵，相應值加一。按此鍵不放將連續加一。

“減小”：在風速調零、調風速靈敏度、調風速補償系數、調報警設定值狀態下按此鍵，相應值減一。按此鍵不放將連續減一。

“確定”：     按下此鍵，儀器自動保存調試的值。并進入正常檢測狀態。

“取消”：按下此鍵，儀器自動取消前面調試的值，恢復原設置值，并進入正常檢測狀態。

注：在沒有按“功能”鍵的情況下，按其它鍵儀器不響應。

3、調試方法

軟件調節

調靈敏度

此項一定要在線性調節之前完成，將儀器按正確位置放入標準風洞內，將風洞內風速調節至6.0 m/s，按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“J×.×.”，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“J6.0.”，此時按遙控器“確定”鍵，靈敏度調節完畢。

線性調節

調節完靈敏度后，

在風洞內風速調節至9.0 m/s時，按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“××.×.”(注意最后一位有小數點)，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“ 9.1.”；

在風洞內風速調節至12.0 m/s時，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“12.1.”；

在風洞內風速調節至15.0 m/s時，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“15.0.”；

在風洞內風速調節至3.0 m/s時，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“3.0.”；

此時按遙控器“確定”鍵，線性調節完畢。

●硬件調節

出廠時已調好，當用遙控器調節，靈敏度仍很低時，才進行硬件調節。

上電后，用示波器測量線路板插腳的TD1端子，調節W301使得測量的波形如圖9所示，頻率為147.8KHZ左右；

圖9

用示波器測量VD302的正極，調節W302使得測量的波形為標準的正弦波，且幅度值為大。

恢復默認參數狀態

在儀器調節錯亂不易進行調節情況下，可按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“q   ”，此時按遙控器“增加”鍵，儀器將顯示“q OJ”,表示已恢復默認參數狀態，此時按遙控器“確定”鍵，再進行軟件調節步驟。

六、使用維護注意事項

1、儀器要輕拿輕放，防止劇烈震動。

2、儀器必須由專業人員進行調試。

3、安裝時應避免損壞探測器電纜，切記按規定接線操作。

4、投入正常使用后，探測器內要定時（二周一次）輕擦掉淤積的煤塵，不然會

影響測量精度。探頭與儀表有配套關系不可調換。

5、風速的標定內容為專業人員調試設置，一般人員慎用。如需設置，必須在標準風

洞內進行，并請先記錄原參數值，萬一不能正常工作時，恢復原參數值。

6、儀器在正常工作情況下不要隨意操作遙控器。

7、按遙控器功能鍵時，只有在釋放該鍵后，儀器才會響應。

8、請勿隨意改變輸出方式!

9、井下不許換遙控器電池，干電池型號、規格須由制造廠提供！

七、常見故障的分析與排除

表三 常見故障的分析與排除

故障現象         原因分析       排除方法

儀器上電無顯示 1. 分站內部電源保險絲熔斷 用萬用表檢查更換即可

2. 接線松動 重新接好線

3. 傳感器D001壞，V004擊穿短路 檢查更換

常報警、數碼管顯示888 D104反向器壞 檢查更換

零頻顯示000 1.元件開路 檢查更換

2. D301B或D302B壞，N1三極管、WL或WV壞 檢查更換

數碼管顯示值雜亂 1.D101單片機壞， 檢查更換

2.晶振JZ壞，C201、C202壞 檢查更換

傳感器顯示正器，分站無數值顯示 1. 信號輸出線路開路 重新接好線

2. 三極管V404壞、R406阻值變大或開路 檢查更換

3. D302A壞或R402開路等相關器件壞 檢查更換

超限不報警 1. S蜂鳴器壞或蜂鳴器無+5V電源 檢查電源連線是否脫落或更換蜂鳴器

2. 三極管V101壞或R113開路 檢查更換

顯示正常按遙控調設置值不起作用 1. HW遙控接受頭壞 檢查更換

2.單片機D101壞 檢查更換

八、產品清單

將儀器取出后，檢查外觀有無破損現象。并檢查下列項目是否齊全。

礦用風速傳感器       1個

遙控器               1個

專用工具             1只

使用說明書           1本