CN118376740B - 一种井下气体传感器自动调校装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下气体传感器自动调校装置，属于气体检测设备领域，其通气组件包括样气通入管、储液箱、混合箱、气泵、四个气囊、电磁阀，四个连接管、混合管、电热丝、雾化喷头和温湿度传感器，雾化喷头和温湿度传感器均安装于混合箱的内顶壁，电热丝安装于混合箱的内侧壁，储液箱安装于混合箱的上表面。多路控制阀包括安装盘、凸起部，以及四在安装盘上的滑杆，安装盘包括同轴的内盘和外盘，内盘间隔地安装在外盘之内，外盘的内部在径向上设置有四道滑槽，每一道滑槽内具有一个出气孔。本发明通过电磁阀配合装置内的其余部件工作，可以向气体传感器内分别通入空气样、氧气和交叉干扰气三种不同的样气，进而提高了气体传感器的调校精度。

Description

一种井下气体传感器自动调校装置

技术领域

本发明涉及气体检测设备技术领域，具体为井下气体传感器自动调校装置，尤其属于气体传感器的调校技术领域。

背景技术

井下气体传感器主要用于监测煤矿井下、金属矿用、非煤矿山井下巷道环境的气体浓度，尤其是针对一氧化碳等有害气体的检测。井下气体传感器是矿山安全生产的重要组成部分，它们通过实时监测和预警有害气体浓度，为矿山安全提供有力保障。井下气体传感器是利用化学反应产生的电流或电位变化来检测气体浓度。传感器内部通常包含电解质和电极，当目标气体与电解质发生反应时，会产生电流或电位变化，从而实现对气体浓度的测量。

井下气体传感器是煤矿安全监控系统的重要组成部分，其准确性直接关系到煤矿生产的安全。由于井下环境复杂多变，气体浓度可能会受到多种因素的影响，如温度、湿度、压力等。因此，需要定期对气体传感器进行调校，从而提供可靠的安全监控数据，目前在对气体传感器进行调校时，一般是通过人工向传感器通入空气样进行调校的，自动化程度较低，而且需要花费大量的时间，为此，提出一种井下气体传感器自动调校装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种井下气体传感器自动调校装置，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种井下气体传感器自动调校装置，包括通气组件，所述通气组件包括样气通入管、储液箱、混合箱、气泵、四个气囊、电磁阀、四个连接管、混合管、电热丝、雾化喷头和温湿度传感器；

四个所述气囊通过四个连接管与混合管连通，所述电磁阀与连接管相连以控制相应连接管的通断，所述气泵的进气口通过管道与混合管连通，所述气泵的出气口通过管道与混合箱连通，所述样气通入管安装于混合箱的前表面，所述雾化喷头和温湿度传感器均安装于混合箱的内顶壁，所述电热丝安装于混合箱的内侧壁，所述储液箱安装于混合箱的上表面。同时，本电磁阀仅设有一个，且所述电磁阀为一种多路控制阀，所述多路控制阀包括安装盘、凸起部，以及四根环形阵列地布置在安装盘上的滑杆，其中，所述安装盘包括同轴的内盘和外盘，内盘间隔地安装在外盘之内，所述外盘的内部在径向上设置有四道滑槽，每一道滑槽内具有一个出气孔，所有的出气孔均与所述混合管连接，所述凸起部滑动配合地安装在所述内盘的外圆柱面上，能绕所述外圆柱面同轴转动；所述滑杆的一端固定有滑块，滑块上设有与对应的所述连接管连通的通气孔，且滑块与所述滑槽直线滑动地动密封配合，滑杆的另一端能与转动到位的所述凸起部相接触，以推动所述滑块进一步滑入到所对应的滑槽内，令所述通气孔与所述出气孔连通。

进一步地，所述凸起部的内侧表面为与所述外圆柱面光滑贴合的圆弧面，其外侧面为凸起的圆弧面；所述滑杆通过一根顶推弹簧挤压接触滑杆上的限位挡板来使得滑杆的另一端与凸起部或所述外圆柱面始终保持可靠接触；

还包括一根呈Z字型的旋转臂，所述旋转臂一端与所述凸起部固接，其另一端所在的驱动杆段同轴转动地安装在所述内盘的端面上；

在所述内盘的内部还彼此垂直地滑动安装有两根齿条，至少一根齿条的一端通过复位拉簧安装在内盘中；

两齿条的另一端分别连接两相邻的滑杆的另一端，且在两齿条之间的直角区域内还设有一对完全一样的彼此啮合的传动齿轮，两传动齿轮分别与两齿条啮合，以使得所述凸起部顶推其中一根滑杆轴向移动时，另一根滑杆与之保持同步移动。

进一步优选的，所述气泵安装于混合箱的后表面，所述储液箱与雾化喷头连通，所述混合箱的后表面安装有无线通信模块和控制器。

进一步优选的，所述混合箱的下表面安装有安装组件，所述安装组件包括底板、安装板和安装架；

所述混合箱的下表面安装于底板的上表面，所述安装架固定连接于底板的上表面，所述安装板固定连接于安装架的上表面。

进一步优选的，所述气囊的下表面贴合于底板的上表面，所述气囊位于安装架的内部，所述安装板的上表面对称开设有两个安装孔。

本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过控制器控制气泵工作，使气囊内的空气样通过连接管流入至混合管，通过混合箱内部的温湿度传感器对空气样的温湿度进行监测，当温湿度非正常值时，控制器控制雾化喷头和电热丝工作，对空气样的温湿度进行调节，当空气样流入至气体传感器后，通过内部的微控制器即可对气体传感器的量程进行调校，替代了传统的人工调校的方式，提高了工作效率，而且通过控制器分别控制气泵和四个电磁阀工作，可以向气体传感器内分别通入空气样、氧气和交叉干扰气三种不同的样气，进而提高了气体传感器的调校精度。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种井下气体传感器自动调校装置的结构图；

图2为本发明的通气组件结构图；

图3为本发明的连接管与混合管连接示意图；

图4为本发明的混合箱结构图；

图5为一种多路控制阀的结构示意图；

图6为相邻两滑杆与内盘接触时的示意图；

图7为其中一滑杆与凸起部接触时，另一滑杆随之同步移动的示意图；

图8是图7所示结构中，在凸起部处的一个局部左视图。

附图标记：101、通气组件；11、样气通入管；12、储液箱；13、混合箱；14、气泵；15、气囊；16、无线通信模块；17、控制器；18、电磁阀；19、连接管；20、混合管；21、电热丝；22、雾化喷头；23、温湿度传感器；301、安装组件；31、底板；32、安装板；33、安装架；34、安装孔；35、外盘；36、内盘；37、滑杆；38、顶推弹簧；39、限位挡板；40、凸起部；41、旋转臂；42、驱动杆段；43、滑块；44、通气孔；45、出气孔；46、齿条；47、传动齿轮；48、复位拉簧。

具体实施方式

以下将全面地阐述本发明的实施例，实施例的一些核心特征将在附图中具体示出，其中，图中相同或类似的标号表示相同或类似的技术特征，或具有相似功能的结构或步骤、工序。一般技术人员基于这些实施例，在不需要做出创造性劳动的前提下替换到的其他实施例，也一并都是属于本发明的保护范畴：

如图1所示，本发明实施例提供了一种井下气体传感器自动调校装置，如图1-3，包括通气组件101，通气组件101包括样气通入管11、储液箱12、混合箱13、气泵14、四个气囊15、电磁阀18、四个连接管19、混合管20、电热丝21、雾化喷头22和温湿度传感器23。四个气囊15通过四个连接管19与混合管20连通，电磁阀18与连接管19相连，以控制相应连接管19的通断，气泵14的进气口通过管道与混合管20连通，气泵14的出气口通过管道与混合箱13连通，样气通入管11安装于混合箱13的前表面，雾化喷头22和温湿度传感器23均安装于混合箱13的内顶壁，电热丝21安装于混合箱13的内侧壁，储液箱12安装于混合箱13的上表面。同时，在本实施例中，对于电磁阀18，可以直接简单地设置为四个彼此独立的电磁阀，四个电磁阀18分别安装在四根连接管19上，从而通过控制器进行控制。但是，本实施例中，考虑到井下作业环境，处于易燃易爆炸环境时，应该尽量减少电气布线，因此，对于电磁阀的数量应该越少越好，能集中控制最好，于是，作为具体结构之一，本电磁阀18仅设有一个，且本电磁阀18为一种特制的多路控制阀，主要涉电元件就是一个驱动旋转臂41（后文将具体阐述）转动的电机。具体来说，如图5-7所示，这个多路控制阀包括安装盘、凸起部40，以及四根环形阵列地布置在安装盘上的滑杆37关键在于，本安装盘固定安装，其具体包括同轴的内盘36和外盘35，内盘36间隔地安装在外盘35之内，具体结构形式适应性设计即可，外盘35的内部在径向上设置有四道滑槽，该滑槽可以是条形的矩形槽，每一道滑槽内具有一个出气孔45，可以在滑槽的槽底某处开设这个出气孔45。所有的出气孔45均与前述的混合管20连接，以便从出气孔45出来的各自气体都能进入到混合管20中。与此同时，本凸起部40滑动配合地安装在内盘36的外圆柱面上，能绕外圆柱面同轴转动，此处特别说明，如图5-8，凸起部40与滑杆37并不处于同一平面，而是如图7-8所示结构，凸起部40是安装在内盘36靠前端面的位置，以便其在内盘36圆周面圆周滑动时，不会碰撞到后文提及的齿条46，这是设计制作时必然要考虑的问题，如此才能与滑杆37的端面接触，从而带动与滑杆37固定连接的对应齿条46，且正是基于此因，驱动凸起部40转动的旋转臂41才需要如图8所示那样，做成后文提及的Z字形结构。此外，本滑杆37的一端固定有滑块43，滑块43可以是矩形块，表面光滑，滑块43上设有与对应的连接管19连通的通气孔44，且滑块43与滑槽直线滑动地动密封配合，所谓滑动密封，是指的滑块43滑动时，其与滑槽的各个接触面都密封连接。滑杆37的另一端能与转动到位的凸起部40相接触，如图8所示的接触位置，以便凸起部40因为自身形状，逐步推动滑块43进一步滑入到所对应的滑槽内，从而令通气孔44与出气孔45连通，那么连接在各个滑块43上的输气管道，即连接管19就可以将对应的气流输入到通气孔44内，继而进入到混合管20内，从而被输出到传感器中进行检测。

在一个实施例中，如图2，气泵14安装于混合箱13的后表面，储液箱12与雾化喷头22连通，混合箱13的后表面安装有无线通信模块16和控制器17，控制器17的电性输出端通过继电器分别与无线通信模块16、气泵14、电磁阀18、电热丝21和温湿度传感器23的电性输入端电性连接，控制器17的电性输入端与外部电源连接，用以为无线通信模块16、气泵14、电磁阀18、电热丝21和温湿度传感器23供电。

继续参阅图1，在混合箱13的下表面安装有安装组件301，安装组件301包括底板31、安装板32和安装架33。混合箱13的下表面安装于底板31的上表面，安装架33固定连接于底板31的上表面，安装板32固定连接于安装架33的上表面，气囊15的下表面贴合于底板31的上表面，气囊15位于安装架33的内部，安装板32的上表面对称开设有两个安装孔34，通过控制器17分别控制气泵14和电磁阀18工作，可以向气体传感器内分别通入空气样、氧气和交叉干扰气三种不同的样气，进而提高了气体传感器的调校精度。与此同时，本实施例中，在混合箱13的两侧还对称地布置有两个冷凝腔（图中未示出），冷凝腔分别与电热丝所在的加热腔联通，具体联通结构可以适应性设计，此处不加以赘述，同时在冷凝腔内还设有干燥部件，干燥部件包括干燥仓、干燥剂，以便打开上述冷凝腔与加热腔之后，气流可以进入冷凝腔内冷凝，或者被及时干燥。为了便于选择降温或升温，降低湿度还是提高湿度，可以在冷凝腔与加热腔之间通过设有调节阀的连接管路联通。具体制作时，本干燥仓为镂空的球壳状结构（图中未示出），球壳状结构可拆卸地安装在冷凝腔内，以便空气进入后被干燥，同时在使用之后可以取出干燥剂进行替换。

作为一个推荐的结构制作形式，如图5-7，本凸起部40的内侧表面为与外圆柱面光滑贴合的圆弧面，其外侧面为凸起的圆弧面，保持二者稳定可靠的接触。滑杆37通过一根顶推弹簧38挤压接触滑杆37上的限位挡板39，以此来使得滑杆37的另一端与凸起部40或外圆柱面始终保持可靠接触，即不会分离，凸起部40抵达不同位置，接触不同滑杆37，就使得不同的气路被打开。

为了驱动凸起部40转动，可以专门设置一根呈Z字型的旋转臂41，旋转臂41一端与凸起部40固接，其另一端所在的驱动杆段42同轴转动地安装在内盘36的端面上，从而利用电机等外部驱动设备驱动旋转臂41转动时，就可以打开对应的气路通道。特别说明的是，本实施例中，由于检测气体的需要，必须有两个气路要同步开闭，以实现至少两种气体混合后的干扰气体的同步进入，因此，需要其中两个滑杆37同步联动。可以在如图6-7所示的结构中，在内盘36的内部还彼此垂直地滑动安装有两根齿条46，至少一根齿条46的一端通过复位拉簧48安装在内盘36中，以便两齿条46滑出内盘36后，若是外力释放撤销，则齿条46迅速被复位拉簧48拉回而复位，令对应的气路及时关闭。更详细地来说，两齿条46的另一端分别连接两相邻的滑杆37的另一端，且在两齿条46之间的直角区域内，还设有一对完全一样的彼此啮合的传动齿轮47，两传动齿轮47分别与两齿条46啮合，以使得凸起部40顶推其中一根滑杆37轴向移动时，另一根滑杆37与之保持同步移动，之所以采用两个齿轮，主要是为了换向，使得两个滑杆37最终可以同进同出。

本发明在工作时：通过控制器17控制电磁阀18打开，同时控制气泵14工作，此时一个气囊15内的空气样通过连接管19流入至混合管20，然后流入混合箱13内，通过混合箱13内部的温湿度传感器23对空气样的温湿度进行监测，当温湿度保持在标准范围内时，空气样则通过样气通入管11流入至气体传感器的内部，当温湿度非正常值时，温湿度传感器23将信号发送至控制器17，控制器17控制雾化喷头22和电热丝21工作，雾化喷头22喷入液雾提高湿度，电热丝21加热升温，反之，雾化喷头22、电热丝21关闭，混合箱13内设置于电热丝21两侧的冷凝腔，对空气样的温湿度进行调节。当空气样流入至气体传感器后，对气体传感器的量程进行调校，然后关闭该电磁阀18的相应端口，打开电磁阀18的另一个端口，充有氧气的气囊15将氧气输入至连接管19，进而此时可以向气体传感器内通入氧气，以对气体传感器进行再次调校，然后打开第电磁阀18的其余两个端口，此时可以向气体传感器内充入交叉干扰气，以对气体传感器进行再次调校，通过对气体传感器进行多次调节，提高了气体传感器的精准度。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种井下气体传感器自动调校装置，包括传感器以及与之连接的通气组件（101），所述通气组件（101）朝传感器通入待测气体，其特征在于：所述通气组件（101）包括样气通入管（11）、储液箱（12）、混合箱（13）、气泵（14）、四个气囊（15）、电磁阀（18），以及四个连接管（19）、混合管（20）、电热丝（21）、雾化喷头（22）和温湿度传感器（23）；

四个所述气囊（15）通过四个连接管（19）与混合管（20）连通，所述电磁阀（18）与连接管（19）相连，以控制相应连接管（19）的通断，所述气泵（14）的进气口通过管道与混合管（20）连通，所述气泵（14）的出气口通过管道与混合箱（13）连通，所述样气通入管（11）安装于混合箱（13）的前表面，所述雾化喷头（22）和温湿度传感器（23）均安装于混合箱（13）的内顶壁，所述电热丝（21）安装于混合箱（13）的内侧壁，所述储液箱（12）安装于混合箱（13）的上表面；

所述电磁阀（18）为一种多路控制阀，所述多路控制阀包括安装盘、凸起部（40），以及四根环形阵列地布置在安装盘上的滑杆（37），其中，所述安装盘包括同轴的内盘（36）和外盘（35），内盘（36）转动安装在外盘（35）之内，所述外盘（35）的内部在径向上设置有四道滑槽，每一道滑槽内具有一个出气孔（45），所有的出气孔（45）均与所述混合管（20）连接，所述凸起部（40）滑动配合地安装在所述内盘（36）的外圆柱面上，能绕所述外圆柱面同轴转动；所述滑杆（37）的一端固定有滑块（43），滑块（43）上设有与对应的所述连接管（19）连通的通气孔（44），且滑块（43）与所述滑槽直线滑动地动密封配合，滑杆（37）的另一端能与转动到位的所述凸起部（40）相接触，以推动所述滑块（43）进一步滑入到所对应的滑槽内，令所述通气孔（44）与所述出气孔（45）连通；

凸起部（40）的内侧表面为与所述外圆柱面光滑贴合的圆弧面，其外侧面为凸起的圆弧面；所述滑杆（37）通过一根顶推弹簧（38）挤压接触滑杆（37）上的限位挡板（39）来使得滑杆（37）的另一端与凸起部（40）或所述外圆柱面始终保持可靠接触；

还包括一根呈Z字型的旋转臂（41），所述旋转臂（41）一端与所述凸起部（40）固接，其另一端所在的驱动杆段（42）同轴转动地安装在所述内盘（36）的端面上；

在所述内盘（36）的内部还彼此垂直地滑动安装有两根齿条（46），至少一根齿条（46）的一端通过复位拉簧（48）安装在内盘（36）中；

两齿条（46）的另一端分别连接两相邻的滑杆（37）的另一端，且在两齿条（46）之间的直角区域内还设有一对完全一样的彼此啮合的传动齿轮（47），两传动齿轮（47）分别与两齿条（46）啮合，以使得所述凸起部（40）顶推其中一根滑杆（37）轴向移动时，另一根滑杆（37）与之保持同步移动。

2.根据权利要求1所述的一种井下气体传感器自动调校装置，其特征在于：在所述混合箱（13）的两侧还对称地布置有两个冷凝腔，所述冷凝腔分别与所述电热丝所在的加热腔联通，且在所述冷凝腔内还设有干燥部件，所述干燥部件包括干燥仓、干燥剂，所述冷凝腔与加热腔之间通过设有调节阀的连接管路联通所述干燥仓为镂空的球壳状结构，所述球壳状结构可拆卸地安装在所述冷凝腔内。

3.根据权利要求1所述的一种井下气体传感器自动调校装置，其特征在于：所述气泵（14）安装于混合箱（13）的后表面，所述储液箱（12）与雾化喷头（22）连通，所述混合箱（13）的后表面安装有无线通信模块（16）和控制器（17）；所述混合箱（13）的下表面安装有安装组件（301），所述安装组件（301）包括底板（31）、安装板（32）和安装架（33）；

所述混合箱（13）的下表面安装于底板（31）的上表面，所述安装架（33）固定连接于底板（31）的上表面，所述安装板（32）固定连接于安装架（33）的上表面；所述气囊（15）的下表面贴合于底板（31）的上表面，所述气囊（15）位于安装架（33）的内部，所述安装板（32）的上表面对称开设有两个安装孔（34）。