摘要：矿井瓦斯爆炸作为严重威胁矿井安全生产和煤矿工人生命安全的元凶之一，受到
了各个矿务局、各级政府乃至中央的高度重视，瓦斯浓度监测成为保证煤矿安全的重要措施。
为此，煤炭科研机构和高校研发了基于各种原理的瓦斯浓度传感器。本文主要介绍四种常用
的瓦斯传感器，包括：载体热催化瓦斯传感器，光干涉瓦斯传感器，气敏半导体瓦斯传感
器，红外吸收法瓦斯传感器。并比较了其优缺点。
　　关键词：瓦斯

 传感器 监测监控

　　矿井瓦斯是井下以甲烷为主的各种气体的总称。它的主要来源是从煤体和井巷围岩中涌
出，其次是来自开采过程中的各种有害气体。瓦斯气体的主要成分是甲烷（

CH4），其主要

危害性也来自于甲烷，因此，从狭义来讲，矿井瓦斯所指即为甲烷气体。
　　甲烷俗称沼气，密度是空气的

0.554 倍，是一种无毒、无色、无味的易燃易爆气体，通

常条件下其爆炸的下限为

5%，上限为 16%。

　　我国高瓦斯含量的矿井占全国统配煤矿总数的

46%， 瓦斯爆炸是矿井中危害程度最高，

危险系数最大，发生频率最高，造成损失最严重的灾害之一。其爆炸后产生的高温高压，能
造成人员伤亡、巷道和机电设备严重损坏；爆炸后产生的大量的

CO 气体，是瓦斯爆炸引起

人员伤亡的最重要的原因。
　　瓦斯燃烧、爆炸的发生要具备

3 个条件:

① 瓦斯要达到一定浓度: 一般情况下瓦斯爆炸浓

度为

5% -16%，瓦斯浓度低于 5% 只能燃烧、大于 16%既不燃烧也不爆炸；②要有充足的氧

气：氧气浓度要大于

12%；③要有高温火源：温度高于 650- 750

℃。由此我们不难看出，要

想预防、遏制瓦斯爆炸事故的发生，对瓦斯气体进行监测监控成为当前煤矿安全工作的热点
话题。
　　一、载体热催化法瓦斯传感器
　　载体热催化型瓦斯检测仪器是当前煤矿中使用较广泛、应用较普遍的瓦斯检测仪器，是
煤矿用来监视矿井瓦斯动态的有效工具。载体热催化型瓦斯检测仪的基本检测原理是

: 元件

内部以铂丝为核心，外部以氧化铝为载体，载体上涂有催化剂，当铂丝通过一定的电流且
元件处于含有瓦斯的气体中时，表面会产生无焰燃烧，使铂丝因温度升高而增加，实现对
瓦斯的检测。其基本测量电路是：
　　图中的

r2 为敏感元件，r1 为补偿元件(它与 r2 为同一材料只是其表面未涂催化剂不参

与催化反应

)，在无瓦斯的新鲜空气中，通过 r2r1 调整电桥使之平衡，信号输出端电压

U_AB=0。当风流中有瓦斯时，在敏感元件 r2 表面发生催化燃烧，r2 阻值随温度上升而增加
为

r2+

△r2，而补偿元件 r1 阻值不变，从而导致电桥失去平衡。根据实验数据和物理公式的

推导，我们可以发现电桥输出电压与瓦斯浓度成正比，工作中的影响因素：
　　

 

① 丝纯度和机械强度的影响

　　铂丝是元件的骨架，又是发热体，电流通过铂丝后，使元件温度升高，达到工作温度。
同时，铂丝也是热敏电阻，在工作温度下，由于补偿元件的作用，电桥在不含甲烷的空气
中输出为零。当被测气体中含有甲烷时，由催化作用引起的化学反应提供一个附加热量
△Q，引起工作元件有一温升△T，增量△T 使工作元件与补偿元件温度不同,因而工作元件
有电阻变化

△R，从而电桥失去平衡,产生一个与△T 成比例的输出信号。铂丝的纯度直接影

响着

△R 的大小，也就影响输出灵敏度。此外，铂丝纯度直接影响元件的稳定性。当铂丝纯

度较差时，铂丝含有的杂质可能在高温工作过程中缓慢地挥发出来，如果某些杂质对催化
剂

Pt、Pd 等金属有毒性，则会引起催化剂部分中毒而输出活性下降。此外，铂丝变形、脆裂

等引起裂纹或掉渣也会引起输出活性波动。
　　②三氧化二铝影响
　　

Al2O3 是一种应用广泛的载体材料，当它在高温空气中工作时，由于其晶型的不断转