恒温瓦斯检测的动态分析.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 2 . 9/ 9 文章编号 A B A “ C D E F B G * B D 恒温瓦斯检测的动态分析 童 敏 明 E中国矿业大学 信息与电气工程学院H江苏 徐州 A I F 摘要恒温瓦斯检测方法是一种新型瓦斯检测方法H它是通过恒温闭环控制系统实现的H大大改 善了载体催化传感元件的使用性能’在分析了恒温检测系统的动态特性H对系统参数进行优化基 础上H设计了动态校正环节H使其在保证稳定性的基础上H具有较好的动态响应特性H瓦斯检测的 反应速度得到明显的提高E响应时间从目前的A I7加快至*7 F H有利于矿井环境对瓦斯突变状 态的监测’ 关键词瓦斯检测J响应速度J动态分析 中图分类号 KG A L’ * * 文献标识码M 恒温瓦斯检测方法N A O是一种采用载体催化传 感元件H使其在检测瓦斯气体时保持恒温状态的新 型检测方法’它与目前国内外普遍采用的传统电桥 检测方法相比H不仅检测范围大P稳定性好P传感元 件使用寿命长H而且具有动态响应特性好的优点’ 动态响应速度是瓦斯检测的一个重要性能指标H快 速准确地检测矿井环境的瓦斯对煤矿安全环境监 测具有重要的意义H它有利于及时监测矿井瓦斯的 突变状态H及时发出告警信号H减少或避免瓦斯爆 炸事故’恒温瓦斯监测方法是通过闭环恒温控制系 统实现的N A OH需要研究其动态特性H以便合理调节 电路参数H这对提高检测信号的稳定性H改善动态 快速响应特性是非常重要的’ Q 恒温瓦斯检测系统的传递函数 恒温瓦斯检测电路是单闭环控制系统H其动态 特性可以用经典控制理论进行分析’首先研究检测 系统各环节的传递函数R Q ’ Q 传感器 影响传感器的响应速度有气室的延迟影响P气 体的催化反应P传感器阻值变化等个因素’ A F气室的延迟影响 由于催化传感元件是封 装在隔爆气室内H瓦斯气体通过扩散方式进入气 室H与催化传感元件接触进行氧化反应’扩散过程 需要一段延迟时间H因此该环节表现为一阶惯性环 节’设S T为大气中瓦斯浓度的变化量H S T U为催化 传感元件接触的瓦斯浓度变化量H则隔爆气室的延 迟作用可表示为 S T U E V F S T E V FW A X U VLAH 式中 X U 为扩散延迟时间常数’ F气体的催化反应 瓦斯气体在催化传感元 件表面发生氧化放热反应时不能立即达到新的热 平衡状态H要有一个过渡过程’即从瓦斯浓度的变 化到热量的产生有一个延迟过程H可表示为 S Y E V F S T U E V FW Z XYVLAH 式中 S Y为瓦斯气体反应的生成热J X Y为热延迟 常数J Z为常数系数’ F传感器的阻值变化延迟 在催化传感元件 表面反应热变化时H催化传感元件需要一段时间才 能由温度的变化而发生阻值的变化’忽略温度变化 的延迟H该环节可近似用一阶惯性系统表示 S [ E V F S Y E V FW \ ][ XAVLAH 式中 X AW ] VLD _ A‘ V J \ W A ] VLD _ A‘ V J 为催 化传感元件的热容量J ] [为工作温度_A下铂丝电 阻的温度系数E催化传感元件的骨架是铂丝F J V H ] 和‘是催化传感元件的物理参数N O’ 综上所述H催化传感元件的动态特性可用图A 收稿日期A “ “ “ “ 基金项目煤炭科学基金资助项目E “ C安A A F 作者简介童敏明E A “ * C B F H男H浙江省龙游县人H中国矿业大学副教授H工学硕士H从事传感检测技术研究’ 万方数据 表示 “ 6 A B C D; B 9 E B 5 ;F D G F 由于* H * 3 I为简化分析I 催化反应生成热的 延迟影响可忽略不计I由此得到催化传感器的传递 函数J忽略 6 A B C DB C D F B B 5 ;D B C G D D B D ; B 5 GF E F B D 闭环系统的传递函数为 a J KL B GO J - ,j f ’K- N ’0 ’ f ’P- N ’ ’ f 知I l m与系统的阻尼系 数f有关I f越大I l m越大I 系统更加稳定Z而f的增 pq’ 中国矿业大学学报第’ n卷 万方数据 大必然使增益“减小这就影响了系统的响应速 度为了确定“的最佳取值范围下面取不同的相 角裕量 6 7 54 , 6 g ’ B [ , i j 9 5 kl 7 m9 5 n j l o 9p q r 6 ko 8 5 8 l 7 hr 8 q 5 9 r i r 8 r 7 8 l o 9s l 8 qt 5 8 5 n j 8 l 7 u r 9 o 6 p v wxhl 9 g kl 9 y - t o n n r y ro z { 9 z o 6 k5 8 l o 95 9 |} n r 7 8 6 l 7} 9 y l 9 r r 6 l 9 y 0t hp 0 “ q o “ 0f l 5 9 y “ ’ B 0t q l 9 5/ M T U J L a U bp q r8 q r 6 ko 8 5 8 l 7kr 8 q 5 9 r| r 8 r 7 8 l o 9sl 8 q7 5 8 5 n j 8 l 7 r 9 o 6l 59 r s l 9 |o z kr 5 “ 6 l 9 y8 r 7 q 9 l “ r 0 sq l 7 q r r ’ 8 q r7 5 8 5 n j 8 l 7 r 9 o 6l 957 o 9 8 5 9 8 8 r k’ r 6 5 8 “ 6 r j5 95 “ 8 o k5 8 l 77 o 9 8 6 o n 7 l 6 7 “ l 8 5 9 |l k’ 6 o r l 8 ’ 6 o ’ r 6 8 l r ,v 98 q r 5 l o z 5 9 5 n j l 9 y8 q r| j 9 5 kl 7’ 6 o ’ r 6 8 l r o z 8 q r 6 ko 8 5 8 l 7| r 8 r 7 8 l o 95 9 |5 | * “ 8 l 9 y8 q r7 l 6 g 7 “ l 8’ 5 6 5 kr 8 r 6 057 o k’ r 9 5 8 l 9 y7 l 6 7 “ l 8s5 | r l y 9 r | ,p q r8 r 8 q o s8 q 5 88 q r| j 9 5 kl 7’ 6 o ’ r 6 8 l r o z8 q r kr 8 q 5 9 r| r 8 r 7 8 l o 95 9 |8 q r | j 9 5 kl 7 6 r ’ o 9 r 5 6 r l k’ 6 o r |- 8 q r 6 r ’ o 9 r 8 l kr z 6 o k ’ B / ,p q r z 5 8 6 r g ’ o 9 rl r 6 jq r n ’ z “ n z o 6 ko 9 l 8 o 6 l 9 y8 q r “ | | r 9 n j7 q 5 9 y ro z kr 8 q 5 9 rl 9kl 9 r , O ,- X J S T bkr 8 q 5 9 r| r 8 r 7 8 l o 9 .6 r ’ o 9 r8 l kr .| j 9 5 kl 75 9 5 n j l BA 中国矿业大学学报第 [卷 万方数据