[发明专利]一种基于差动原理的矿井粉尘浓度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井粉尘浓度测量装置，特别涉及一种基于差动原理的矿井粉尘浓度测量装置。

背景技术

我国是产煤大国，在总的能源构成中，煤炭约占75％左右，这一状况在今后相当长的时间内不会有根本性的改变。煤矿井下各作业点在生产过程中会产生大量粉尘，煤矿粉尘的危害性很大，可导致煤尘爆炸，同时也能诱发职业病——尘肺病。采取有效措施防治粉尘是煤矿安全生产的一项重要工作，实时在线检测井下各作业点的粉尘浓度，是正确评估粉尘防治措施的必不可少的手段。

目前测量粉尘浓度的方法主要包括称重滤膜法、β射线法、压电晶振法、超声波法、黑度法、消光法、光散射法、电容法等。这些测量方法各有其优缺点，称重滤膜法、黑度法应用广泛但操作繁琐、不能实现在线检测；因煤矿井下条件的复杂性，具有放射源的设备及装置下井，需国家相关部门的批准，因此β射线法没有在井下采用；压电晶振法可以实现在线检测，但该法需要烦琐的取样过程，时延性长，测量误差较大，在煤矿没有得到推广应用；电容法是通过测量介电常数的变化而得到粉尘浓度的一种方法，但是其灵敏度低，只能应用于煤粉气力输送等浓相条件，不能应用于矿井等稀相条件下。消光法、光散射法是目前国内外普遍采用的测量粉尘浓度的方法，长期的应用证明这两种方法对于粉尘在传感器内部堆积的问题很敏感，需要定期清理传感器，同时光学镜头对湿度的依赖性很强，一段时间后测量误差变大。因此利用新的理论，探索新的测量方法克服目前测量技术中存在的问题是非常重要的。

静电法是近十年来在国际上受到重视的一种颗粒浓度在线测量方法，国内通过引进国外产品主要应用在各类燃煤电厂的煤粉混合流的煤粉质量流量的检测及袋式除尘器的泄露检测中。其工作原理为：任何粉体状的物质在气体的流动过程中，都会产生碰撞和摩擦，因此粉体粒子会失去电子而形成带静电荷的粒子和颗粒，随着颗粒浓度及粉体流速的变化，其电荷量也按一定规律变化。通过敏感元件检测颗粒流动过程中产生的静电噪声或颗粒与测试装置之间转移的荷电量，并结合适当的信号处理方法实现颗粒浓度测量。静电法最大的优点测量粉尘浓度灵敏度高、结构简单、免维护，这些优点克服了其他测量方法特别是目前煤矿普遍采用的消光法、光散射法的缺点。

目前国内利用静电法测量粉尘浓度特别是矿井粉尘浓度处于刚刚起步阶段，仅处于利用国外产品在实验室进行实验及到井下进行试验阶段，还没有属于自己的产品。通过实验室实验、井下试验验证：现有技术中使用的静电测量敏感元件，由于粉尘带电量十分微弱，其感应电量也十分微弱，同时由于其电极部分暴露在复杂的测量环境中，缺乏有效的抗电磁干扰屏蔽，容易耦合进环境中的各种电磁干扰，尤其是空气中的工频干扰比电荷信号大一至两个数量级，只靠后续的处理电路难以有效地滤除干扰，因此如何提高测量敏感元件的灵敏度及去除电磁干扰成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的任务在于解决现有技术中矿井粉尘浓度静电法测量装置所存在的上述技术缺陷，提供一种基于差动原理的矿井粉尘浓度测量装置，该矿井粉尘浓度测量装置中的敏感元件能够有效地滤除各种电磁干扰的影响，有利于提高其准确度和灵敏度。

其技术解决方案是：

一种基于差动原理的矿井粉尘浓度测量装置，包括一只测量敏感元件与一只参考敏感元件，测量敏感元件与参考敏感元件并列设置在一起，上述测量敏感元件包括绝缘管、圆环状电极与屏蔽罩，绝缘管的两端管口为开放式，其内管腔作为粉尘流经通道，圆环状电极套置在绝缘管外管壁上，屏蔽罩与绝缘管配合形成一个密闭的屏蔽空间，圆环状电极位于屏蔽空间内，圆环状电极的信号导线从屏蔽罩上引出并连接有第一电荷放大器进行电荷电压转换，第一电荷电压放大器的输出信号包含一个有效电荷信号与一个第一干扰信号；参考敏感元件除下述不同外，其他与测量敏感元件对应部分相同，绝缘管的两端管口采用绝缘材料封堵，其内管腔成为盲腔，圆环状电极的信号导线从屏蔽罩上引出并连接有第二电荷放大器进行电荷电压转换，第二电荷电压放大器的输出信号仅包括一个第二干扰信号，第一干扰信号与第二干扰信号相同，第一电荷放大器与第二电荷放大器同时连接有一个差分放大电路，上述有效电荷信号、第一干扰信号及第二干扰信号同时输入差分放大电路，并由差分放大电路放大差模有用信号，滤除共模干扰信号。

上述差分放大电路连接信号调理电路，由信号调理电路将来自差分放大电路的输入信号转换为4～20mA的标准电流信号。

上述第一电荷放大器与第二电荷放大器相同，均为超低偏置电流差动运算放大器。