一、概述

   宁波矿用管道瓦斯多参数测量装置KGW-4型是一种专门用于在线监测矿井瓦斯抽放管路中瓦斯浓度、混合气体流量、压力及温度等多种参数的流量计量装置，测量精度高，使用方便、可用于危险场合连续检测瓦斯抽放时的综合参数。为评价煤矿瓦斯抽入效果、预防煤矿瓦斯突出、爆炸等恶性事故的发生提供可靠的监测数据，产品防爆型式为矿用本质安全型 （防爆标志：Exia I Ma）。

二、主要特点及工作原理

2.1 主要功能特点

    宁波矿用管道瓦斯多参数测量装置KGW-4型主要由多参数流量传感器、瓦斯浓度传感器和智能流量积算仪（带压力、温度补偿）组合而成。一般采用插入式安装，也可以根据用户要求，将上述积算仪和传感器事先集中安装在一个管道上，形成一体化结构，以便现场安装及调试。

    宁波矿用管道瓦斯多参数测量装置KGW-4型可监测管道瓦斯气体的压力、温度、瓦斯浓度、流量等参数，能就地显示管道瓦斯的压力、温度、瓦斯浓度、标况和工况状态下的瞬时流量、标况状态下的累积流量、纯瓦斯流量等值，同时具有输出标准的频率信号和485通讯输出功能。

2.2 结构特征

   该装置是由流量传感器（由流量探头和差压传感器组成），瓦斯浓度传感器、智能流量积算仪（带温度、压力补偿）三部分组成。外形结构如图1所示：

图1 KGW-4型矿用管道瓦斯多参数测量装置外形结构

1.流量传感器2.智能流量积算仪（带温压补偿）3.瓦斯浓度传感器

2.3工作原理

2.3.1 流量传感器结构及工作原理（图2）

   当沿着轴向的流体进入流量传感器入口时，由于传感器为籽弹头形状，当流体流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区的压力略高于管道的静压。根据伯努利方程原理，流体流过探头时速度加快，在探头产生一个低压分布区，低压分布区的压力高于管道的静压。该流量计的工作原理就是通过采集该差压计算流量，差压变送器将采集的差压信号转换成4-20mA信号，与温度、压力、浓度传感器检测到的信号一起送入智能流量积算仪进行运算处理，并把流体的体积流量和总量直接显示于LCD屏上。 

2.3.2瓦斯浓度传感器工作原理                                                     

   管道用红外甲烷传感器采用*的NDIR非色散红外气体分析技术测量甲烷气体浓度。根据朗一波比尔定律，每种具有极性分子结构的气体斗鱼对应的红外线性特征吸收波长，在光程和反射系数不变的情况下气体浓度和吸收率成正比关系。GJH100管道用红外甲烷传感器就是基于此原理研制而的。

2.3.3智能积算仪（带温度、压力补偿）工作原理（图3）

    差压流量计是以测量流体流经节流装置所产生的压差来显示流量大小的一种流量计。本公司的差异流量计由节流装置、差压变送器、浓度传感器、温度传感器、压力传感器和差压积算仪组成。

图3 智能积算仪（带温度、压力补偿）工作原理

压力传感器：

    以压阻式扩散硅桥路为敏感元件，其桥臂电阻在外界压力作用下，会发生预期变化，因此在一定的激励电流作用下，其两个输出端的电位差与外界压力成正比。

温度传感器：

    以Pt1000铂电阻为温度敏感元件，在一定温度范围内，其电阻值与温度成正对应关系。

信号输出线带有温度、压力、流量信号输出线及电源线。

差压变送器：

    用多敏元件（多敏膜盒）将一个空间分隔成两个腔室，引入流体流量时，传感器在两方压力共同作用下产生位移或者位移的趋势。流体流速和两个腔室压力差成正比。再将差压大小以标准信号4-20mA电流信号变送输出。

三、技术特性

3.1 主要电气性能指标

3.1.1 工作电源：

    a) 内电源：一组3.6VDC的镍氢电池。

    b) 外电源：（6.5~32）VDC，纹波≤50mV，接外电源时，内电源自动断开，整机由外电源供电。

    c) 工作电流：≤35mA（外电源供电时）。

3.1.2输出信号：

    a) 温度频率信号：由温度传感器检出经积算仪变送出（200~1000）HZ频率信号，线性对应于

                    温度范围（-40℃~80℃）。

    b) 压力频率信号：由压力传感器检出经积算仪变送出（200~1000）HZ频率信号，线性对应于

                    压力范围（-80kPa~0kPa）。

c) 浓度频率信号：由瓦斯浓度传感器检出经积算仪送出（200~1000）HZ频率信号，线性对应

                于浓度范围（0~CH4）。

    d) 工况频率信号：经积算仪运算后，输出工况状况下的瞬时流量频率信号。

    e) 标况频率信号：经积算仪运算后，输出标准状况下的瞬时流量频率信号。

    以上5种信号为（200~1000）Hz的频率模拟信号，在输出高电平时应不小于3V，输出低电平时不大于0.5V，脉冲宽度不小于0.3ms；在（8-22.6）V本安供电下zui大传输距离为2km。

通讯接口信号：（A、B、DC+、DC-）：直接与上位机联网，传输距离≤1200m，可远传被测介质温度、压力、瞬时流量、标准体积总量等仪表有关参数，实时数据包括：

    a) zui近400次流量计的启停时间和对应累计流量值；

    b）zui近48个月内每个月的累积流量值；

c）zui近300次的状态记录数（包括：时间、温度、压力、瞬时流量、累积流量值等），时间间隔

   可设定；

    以上数据可利用上位机通过RS-485通讯接口进行读取（自定义协议），根据用户形成数据表或曲线图供分析。一台上位机zui多能管理32台流量计的上传数据。

3.2 主要技术指标

3.2.1流量传感头的技术指标

    a) 测量精度：  1%

    b) 重复精度： 0.1%

    c) 测量下限： 3m/s

    d) 测量上项： 50m/s

    e) 适应管径： 100~3000mm

3.2.2 差压变送器技术指标

    a) 量程：0~1kPa  0~2.5kP a

    b) 供电电压：12~30VDC 额定：12VDC

    c) 输出信号：0~5V

    d) 综合精度：±0.5%  

    e) 稳定度：±0.5%FS/年

    f) 过载压力：2倍满量程

g) 工作温度：-10~70℃

3.2.3 瓦斯传感器技术指标

    a) 工作电压：9~24VDC

    b) 工作电流：《90mA

    c) 量程范围：0~CH4

    d) 显示方式：四位数码管显示

    e) 显示分辨率：0.01%

    f) 报警点：0.1%CH4~ 量程可调范围(出厂设定在0%CH4)

    g) 响应时间T90：《30s

h) 输出信号：200~1000Hz频率信号

3.3环境条件

3.3.1 测量装置在下列环境条件下应能正常工作：

    a) 环境温度：0℃～+40℃；

    b) 平均相对湿度：不大于95%（+25℃）；

    c) 大气压力：80 kPa～110kPa；

    d) 无显著振动和冲击的场合；

    e) 煤矿井下有甲烷和煤尘爆炸性混合物，但无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合。

3.3.2 测量装置能承受的zui恶劣的贮运条件为：

    a) 高温：+60℃；

    b) 低温：-40℃；

    c) 平均相对湿度：95%（+25℃）；

    d) 振动：50m/s²；

e) 冲击：500m/s²。

3.4 命名KGW - 4

四、安装、调试

4.1 插入式安装方式

本装置的插入式安装即将装置的三大部件分别通过流量传感器固定座、瓦斯浓度传感器固定座和智能流量积算仪固定座任意安装在被测管道上（三者间距离不宜过大），三者之间通过通信电缆连接进行数据传输（如图1所示）。

1）必须要保证流量计传感器前直管段>15D，后直管段>5D；

2）插入式安装成本低，不受管道大小限制，方便运输及现场搬运等。

提醒：搬运、安装、拆卸传感器时，应通过提手握持，禁止提拉传感器的电缆！

4.2整体安装方式

本装置的整体安装方式即由厂家事先将装置各部件统一安装在相应口径的管道壳体上，管道壳体两端为法兰结构，装置安装好后由厂家在出厂前调试好，以便装置在安装现场可以不用调试直接使用。整体安装的优点：

1）现场安装方便，直接采用法兰连接，无需焊接；

2）现场安装后无需调试，可直接使用，方便可靠。

图4  KGW-4型矿用管道瓦斯多参数测量装置整体安装结构

五、使用、操作

5.1 使用前的准备和检查

    供电前，先检查传感器内部各组成部分有无脱落现象，传感器与差压元件、温度元件的连接是否正确，各接头是否漏气，对使用在爆炸场所，要特别注意接地部分是否正确、可靠，然后才能通电运行。传感器出厂时，各部件均调试完毕，一般不再需要现场调试。（不建议用户自己调校！）

    注：在表头安装过后，要对表头进行水平校准（即差压调零）：

    水平校准过程如下：

    1）打开三阀组中间的平衡阀，然后关闭两侧的截止阀；

    2）在主测量界面下，同时按下“△”、“▽”两个键，持续约1秒钟后放开，迅速按下“保存”键，然后松开，此时会看到液晶显示屏切换为只显示一行的界面，该界面持续约3秒钟后，自动切换到主测量界面，此时则代表水平校准调校完成。

    3)先打开三阀组两侧的截止阀，然后关闭三阀组中间的平衡阀。

   4）整个水平校准操作完成。

5.2流量计的使用和注意事项

   5.2.1使用条件

     环境温度：  -30℃～+60℃                              大气压力：86KPa℃～106KPa

     相对湿度:   5%～95%                                   介质温度: -30℃～+80℃ 

   5.2.2注意事项

   1、管道安装完毕进行密封性试压时，应注意流量计压力传感器所能承受的zui高压力（即标牌上介质zui大压力），以免损坏压力传感器；

   2、投入运行时，应缓慢开启流量计上、下游阀门，以免瞬间气流过急而冲坏起漩器；

   3、当流量计需要信号远传时，应严格按3.4“电气性能指标”要求接入外电源（8～24）VDC，严禁在信号输出口直接接入220VAC或380VAC电源；

   4、当需要输出（4～20）mA标准模拟信号时，应采用屏蔽线连接，屏蔽端要可靠接地；

   5、用户不得自行更改防爆系统的接线方式和任意拧动各个输出引线接头；

   6、流量计运行时，不允许随意打开后盖改动仪表参数，否则影响流量计的正常工作；

   7、定时检查流量计法兰各连接处的泄露情况。

   5.2.3内置电池的使用和更换

1、 电池电量显示：当电池显示仅剩一格时，要求用户在一个月内更换电池；只显示电池外形符号时，则电池电量已耗尽，必须立即更换电池。

2、 电池的更换方法：打开智能流量积算仪的后盖，松开电池盒两端的螺钉，取出电池，换好电池后重新安装，安装时需注意电池的正负极。

    5.2.4接线方法

   差压积算仪的输出接线见下图，各引线功能定义如下：

   VEXT ——外电源输入正端，电压为（+6.5VDC～+32VDC）

   GND ——地线

   TEMP——由温度传感器检出经积算仪变送出（200-1000）HZ频率信号，线性对应温度测量范围

   TALI——由压力传感器检出经积算仪变送出（200-1000）HZ频率信号，线性对应于压力范围

   ND  ——浓度传感器输出（200-1000）HZ频率信号，线性对应于浓度测量范围

   工况 ——经积算仪运算后，输出工况状况下的瞬时流量频率信号。

   标况 ——经积算仪运算后，输出标准状况下的瞬时流量频率信号。

   B    --RS-485通讯接线

   G    --RS-485通讯底线

   A    --RS-485通讯接线

   5.2.6流量计的显示及设置

1） 显示说明：

  1、总量及CH4的显示值是在标准状态下的总气体体积累积值、甲烷气体累积值；

  2、标况流量显示是指标准状态下的瞬时流量，单位m³/min ，工况流量显示是指当前环境条件下的瞬时流量，单位m³/min 。

  3、压力显示、温度显示是指当前环境下的管道气体的压力和温度。

  4、浓度显示是指管道中瓦斯浓度百分比；

2） 参数显示方式及定义

  各参数通过操作键显示于LCD屏上，其定义、符号和显示如下图所示

3） 设置

为了防止恶意修改参数仪表，影响计量精度，本仪表特设置双密码功能，在修改或设置各参数时，必须进入显示的密码，才能对各参数进行修改或设定。

4） 参数的设定

进入相应的密码后，则可对各项参数进行修改或设定。按翻页键（K1)至被修改或设定的参数状态，顺按设置键（K3）和移位键（K2）从左到右逐位设定，数值设定正确后再按翻页确认。

注意：厂家密码后各参数在流量计出厂时，均已设置妥当，用户不得任意改动，以免影响流量计正常工作。

表1

5.3注意事项

1. 测量装置的现场安装必须符合GB3836.15-2000《爆炸性气体环境用电气设备第15部分：危险场所电气安装（爆矿除外）》标准相关规定；
2. 检查流量计安装情况：流量计可任意角度安装，流体的流向应与流量计上的标识的流向*；完成流量计安装后，须认真检查，要求焊接牢固，方向正确，试压无泄漏现象。
3. 仪表调校：仔细阅读智能流量积算仪说明书。依照流量传感器流量计所附计算书，正确设置智能流量积算仪中各参数，确保积算仪能正确计算和显示流量。如直接上计算机，需在计算机内部设置好输入数据格式及相应补偿方式。
4. 仪表接线正确：流量传感器流量计与差压变送器、流量积算仪及瓦斯浓度传感器一起构成测量系统，请反复检查，确定无误后方可投入运行。
5. 系统预热：投运准备工作完成后，被测介质充满工艺管道，流量传感器流量计暂时处于关闭状态，此时应使三阀组的平衡阀处于开启状态，高压阀与低压阀处于关闭状态。打开仪表电源，预热15分钟。
6. 系统运行：预热完成后，打开三阀组的高压阀和低压阀，被测介质充入差压变送器，打开差压变送器后的排污阀，迅速排出脏液或气体后关闭排污阀，再关闭三阀组的平衡阀，变送器即进入测量状态，流量积算仪也进入工作状态，显示管道内介质流量。

7）测量装置室外安装时，上部应有遮盖物，以防雨水浸入和烈日暴晒影响流量计使用寿命；

8）采用外电源时，流量计必须有可靠接地，不与强电系统共用地线，在管道安装或检修时，不得把电焊系统的地线与流量计搭接。

六、维修、保养

6.1 维护

1） 本设备及相关管路应固定专人使用、维护。使用中应严格按照使用说明书进行操作。必须按说明书中规定的设备连接使用。

2）测量装置发生故障后，请咨询工程服务人员。若用户自行拆解，破坏内部元器件后，将不再享受厂方的质量保证。维修时不得更改本安电路的任何元器件的规格型号及参数。

3） 在使用中避免猛烈碰撞。

4） 测量装置应远离能够发出强力电磁干扰的设备，如大型电机或变频设备，以防止传感器工作不正常。

6.2 保养

1) 装置各部多为小孔结构，在内部环境恶劣的情况下需定期进行内部的清理及保养。

2) 使用方应经常擦拭装置表面的煤尘、污垢，保持设备清洁。

3) 装置严禁过载使用。

七、包装、运输及贮存

7.1 测量装置应装入牢固的木箱内（中、小口径流量计有泡沫保护时可装在纸箱内），不应在箱内自由窜动，搬运时应小心轻放。

7.2 测量装置运输贮存条件应符合GB/T 25480-2010《仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法》要求。

7.3 测量装置的贮存应符合以下条件：

      防雨防潮；

      不受机械振动或冲击；

      温度范围：-25℃～50℃；

      相对湿度：不大于90%；

      环境不含腐蚀性气体。

八、开箱及检查

8.1开箱时注意安全，以避免损坏设备和使人受伤。

8.2开箱前应先检查外部包装的完好性，再根据装箱单核对箱内物品及随机文件是否完整。

8.3随机文件及物品

   1）装箱单      2）使用说明书       3）产品检定证书      4）产品合格证

   5）产品使用情况反馈单       6）工具。

附录一：温度、压力、流量频率输出使用说明

频率输出对照表

2、频率输出范围

   该流量计具有温度、压力、瞬时标况、工况流量频率输出功能，其输出范围为：200~1000Hz。 工作电源为（6.5~32）V的外电源，

1. 标况流量频率输出

   标况流量频率输出为（200-1000）HZ,对应的标况流量范围是（0-Q_max）。

1. 工况流量频率输出

   工况流量频率输出为（200-1000）HZ,对应的工况流量范围是（0-Q_max）。

1. 压力频率输出

   压力频率输出为（200-1000）HZ,对应的压力范围是（Min kpa-Max kpa）。其压力范围可设置。压力频率是否正确，应通过以下公式进行验算：

  压力：FP=10*P_{流量计显示的压力值}+1000   

1. 温度频率输出

   温度频率输出为（200-1000）HZ,对应的温度范围是（-40℃-80℃）。其温度范围可设置。温度频率是否正确，应通过以下公式进行验算：

温度：FT=   (X表示流量计显示的温度值) 。