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瓦斯和一氧化碳等可燃危险气体的浓度检测一直是煤矿安全生产重要前提。甲烷是瓦斯的主要成分，也是引起煤矿瓦斯爆炸的主要原因。为了尽可能的减免这一危害，就要求我们能对这些气体进行快速、准确的检测，从而进行有效的控制，这对煤矿安全生产具有重要的意义。本实验致力于运用电容式传感器对气体浓度测量，并且将电容式电桥用于测量电容的变化，并由此建立数据库，运用此套装置完成对甲烷气体的浓度测量。
瓦斯和一氧化碳等可燃危险气体的浓度检测一直是煤矿安全生产重要前提。甲烷是瓦斯的主要成分，也是引起煤矿瓦斯爆炸的主要原因。近年来随着我国经济的快速的发展，对煤炭能源的需求量与日剧增，这就造成了对煤炭的加大开采，煤矿事故也越来越频繁，而瓦斯爆炸事故发生的最多，造成的伤亡也最大。为了能更好的避免矿难事故的发生，保证国家和矿工的人身安全，矿井中甲烷气体的检测就显的尤为重要[1]。
通常瓦斯爆炸的条件极为苛刻，其必须满足的基本条件有：1）瓦斯浓度：瓦斯的爆炸极限是4.9%-15.4%。当浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能形成燃烧层。当浓度为9.5%是爆炸威力最大。当大于16%时，其失去爆炸性，但是会在空气中燃烧;2）瓦斯引火温度：通常情况下引火温度在650～750 ℃，但是引火温度受大气压等外界环境的影响。3）充足的氧气：当空气中氧气的浓度低于12%时，瓦斯即失去爆炸性[2]。但是由于矿井下的生存条件限制，矿井中氧气的浓度都大于12%。由以上条件我们可以得知，如果我们能很好的检测瓦斯浓度就能及时避免瓦斯爆炸，而瓦斯的主要成分又是甲烷，约占83%- 89% ，所以如果我们可以及时的检测到甲烷气体的浓度，那么我们就可以实时的有效控制矿井中环境条件，同时也能够有充足的时间让矿工安全撤离，从而将危害降至最低。
而另一种气体一氧化碳是一种对人体健康十分有害的空气污染物。空气中的CO可以来源于家用煤气不完全燃烧。CO无色无味，并且有剧毒当人吸人以后，将与人体血液中的血红蛋白结合形成稳定的配合物，使血红蛋白失去输送氧气的功能。因此，如何准确而快速地测定出某一区域的空气中的一氧化碳浓度并采取有效的措施已成为当务之急。
目前国内外公认的测量甲烷浓度的方法，笔者总结了大约七种。
1.热催化测量法。
2.气敏传感测量法。
3.热导型测量法。
4.超声测量法。
5.荧光检测法。
6.光十涉测法。
7.红外光谱吸收测量法。
通过分析，我们不难发现：对于甲烷、一氧化碳等气体的测量很难贴近于生活，即我们很难运用简易而有效地方法对其进行定量的测量。本实验致力于运用电容式传感器对气体浓度测量，并且将电容式电桥用于测量电容的变化，并由此建立数据库，运用此套装置完成对甲烷气体的浓度测量。
一、研究内容
本次实验主要是根据电容式气敏传感器对甲烷、一氧化碳等气体浓度的敏感性，运用电容式电桥电路对电容值进行测量，最终建立浓度与电容值相匹配的数据库。并根据所得到的数据库，形成一套成形的系统，运用电学器件对已知电学量进行监控。当外界的气体浓度达到所欲设置的临界值时，根据所得数据库的对应关系，将所测得的电容值与该气体的浓度值进行匹配。最终通过预设程序，起到报警的作用。
整套装置示意图如下：（图略）
二、操作方法
如上图所示：当我们在进行实验时，先将进气孔的气阀打开（预没该玻璃槽的体积为1500ml左右），关闭出气孔 的气阀。当我们需要对具体浓度的气体进行测验时，只需先计算他们与空气混合的浓度比，充人相适应量的气体后，打开小风扇，将其尽快混合均匀，然后根据电容式电桥的各项电学量值，并记下相应的温度与湿度。最后打开出气孔的氣阀，使其与外界平衡后再进行下一步测量。不断选取适当浓度差的浓度值，最后得卅数据表。当我们需要查找数据时，可根据分段插值的方法进行求解。所谓的分段差值法就是利用函数f（x）在某区间中插入若十点的函数值，作出适当的特定函数，在这些点上取已知值，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f（x）的近似值。
当我们得到数据库后，即可在上述装置的电桥装置上加上外界信号处理装置，利用已知的矿井中甲烷的临界浓度为我们的临界浓度时（或生活中煤气泄漏的临界浓度值），编辑报警程序，最后安装即可。
三、技术路线
1）电路设计方面：采用电容式电桥电路。
图4、电容电桥示意图（略）
由此可知，要使电桥达到平衡，必须同时满足上面两个条件，因此至少调节两个参数。如果改变Rn和Cn，便可以单独调节互不影响地使电容电桥达到平衡。本次试验中Cn是固定的，因此Cn不能连接可变，这时我们可以调节Ra/Rb比值使式（4）得到满足，但调节Ra/Rb的比值时又影响到式（3）的平衡。因此要使电桥同时满足两个平衡条件，必须对Rn和Ra/Rb等参数反复调节才能实现，因此使用交流电桥时，必须通过实际操作取得经验，才能迅速获得电桥的平衡。通过已知的精确电容值来测量未知电容值，保护了工作电路，减小了直接测试被测电容时导致的误差。
2）实验设计方面：整套实验装置中运用平行板电容器的计算公长方形极板面积，D为为两极板间距离。因此在设计平行板电容器时，可以根据电容式电桥测量的灵敏度而设计长方形极板的面积以及两极板对应间距D，力求做到理论与实际相符。在操作过程中，采用将气体混合的方式，减少了被测气体因与外界接触而使浓度降低带来的误差。在建立数据库的过程中，采用分项列表的方法，选取适当的间距，这样为后面采用分段插值的方法求得未知浓度对应电学量值提供了方便。
3）报警设计方面：本次实验报警装置主要根据上述过程中所测得的数据库，利用已知的矿井中甲烷的临界浓度为我们的临界浓度时（或生活中煤气泄漏的临界浓度值），设计报警的程序，当输入临界浓度后，报警器可以根据外部测得的数据而进行预警作用。
瓦斯和一氧化碳等可燃危险气体的浓度检测一直是煤矿安全生产重要前提。甲烷是瓦斯的主要成分，也是引起煤矿瓦斯爆炸的主要原因。近年来随着我国经济的快速的发展，对煤炭能源的需求量与日剧增，这就造成了对煤炭的加大开采，煤矿事故也越来越频繁，而瓦斯爆炸事故发生的最多，造成的伤亡也最大。为了能更好的避免矿难事故的发生，保证国家和矿工的人身安全，矿井中甲烷气体的检测就显的尤为重要[1]。
通常瓦斯爆炸的条件极为苛刻，其必须满足的基本条件有：1）瓦斯浓度：瓦斯的爆炸极限是4.9%-15.4%。当浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能形成燃烧层。当浓度为9.5%是爆炸威力最大。当大于16%时，其失去爆炸性，但是会在空气中燃烧;2）瓦斯引火温度：通常情况下引火温度在650～750 ℃，但是引火温度受大气压等外界环境的影响。3）充足的氧气：当空气中氧气的浓度低于12%时，瓦斯即失去爆炸性[2]。但是由于矿井下的生存条件限制，矿井中氧气的浓度都大于12%。由以上条件我们可以得知，如果我们能很好的检测瓦斯浓度就能及时避免瓦斯爆炸，而瓦斯的主要成分又是甲烷，约占83%- 89% ，所以如果我们可以及时的检测到甲烷气体的浓度，那么我们就可以实时的有效控制矿井中环境条件，同时也能够有充足的时间让矿工安全撤离，从而将危害降至最低。
而另一种气体一氧化碳是一种对人体健康十分有害的空气污染物。空气中的CO可以来源于家用煤气不完全燃烧。CO无色无味，并且有剧毒当人吸人以后，将与人体血液中的血红蛋白结合形成稳定的配合物，使血红蛋白失去输送氧气的功能。因此，如何准确而快速地测定出某一区域的空气中的一氧化碳浓度并采取有效的措施已成为当务之急。
目前国内外公认的测量甲烷浓度的方法，笔者总结了大约七种。
1.热催化测量法。
2.气敏传感测量法。
3.热导型测量法。
4.超声测量法。
5.荧光检测法。
6.光十涉测法。
7.红外光谱吸收测量法。
通过分析，我们不难发现：对于甲烷、一氧化碳等气体的测量很难贴近于生活，即我们很难运用简易而有效地方法对其进行定量的测量。本实验致力于运用电容式传感器对气体浓度测量，并且将电容式电桥用于测量电容的变化，并由此建立数据库，运用此套装置完成对甲烷气体的浓度测量。
一、研究内容
本次实验主要是根据电容式气敏传感器对甲烷、一氧化碳等气体浓度的敏感性，运用电容式电桥电路对电容值进行测量，最终建立浓度与电容值相匹配的数据库。并根据所得到的数据库，形成一套成形的系统，运用电学器件对已知电学量进行监控。当外界的气体浓度达到所欲设置的临界值时，根据所得数据库的对应关系，将所测得的电容值与该气体的浓度值进行匹配。最终通过预设程序，起到报警的作用。
整套装置示意图如下：（图略）
二、操作方法
如上图所示：当我们在进行实验时，先将进气孔的气阀打开（预没该玻璃槽的体积为1500ml左右），关闭出气孔 的气阀。当我们需要对具体浓度的气体进行测验时，只需先计算他们与空气混合的浓度比，充人相适应量的气体后，打开小风扇，将其尽快混合均匀，然后根据电容式电桥的各项电学量值，并记下相应的温度与湿度。最后打开出气孔的氣阀，使其与外界平衡后再进行下一步测量。不断选取适当浓度差的浓度值，最后得卅数据表。当我们需要查找数据时，可根据分段插值的方法进行求解。所谓的分段差值法就是利用函数f（x）在某区间中插入若十点的函数值，作出适当的特定函数，在这些点上取已知值，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f（x）的近似值。
当我们得到数据库后，即可在上述装置的电桥装置上加上外界信号处理装置，利用已知的矿井中甲烷的临界浓度为我们的临界浓度时（或生活中煤气泄漏的临界浓度值），编辑报警程序，最后安装即可。
三、技术路线
1）电路设计方面：采用电容式电桥电路。
图4、电容电桥示意图（略）
由此可知，要使电桥达到平衡，必须同时满足上面两个条件，因此至少调节两个参数。如果改变Rn和Cn，便可以单独调节互不影响地使电容电桥达到平衡。本次试验中Cn是固定的，因此Cn不能连接可变，这时我们可以调节Ra/Rb比值使式（4）得到满足，但调节Ra/Rb的比值时又影响到式（3）的平衡。因此要使电桥同时满足两个平衡条件，必须对Rn和Ra/Rb等参数反复调节才能实现，因此使用交流电桥时，必须通过实际操作取得经验，才能迅速获得电桥的平衡。通过已知的精确电容值来测量未知电容值，保护了工作电路，减小了直接测试被测电容时导致的误差。
2）实验设计方面：整套实验装置中运用平行板电容器的计算公长方形极板面积，D为为两极板间距离。因此在设计平行板电容器时，可以根据电容式电桥测量的灵敏度而设计长方形极板的面积以及两极板对应间距D，力求做到理论与实际相符。在操作过程中，采用将气体混合的方式，减少了被测气体因与外界接触而使浓度降低带来的误差。在建立数据库的过程中，采用分项列表的方法，选取适当的间距，这样为后面采用分段插值的方法求得未知浓度对应电学量值提供了方便。
3）报警设计方面：本次实验报警装置主要根据上述过程中所测得的数据库，利用已知的矿井中甲烷的临界浓度为我们的临界浓度时（或生活中煤气泄漏的临界浓度值），设计报警的程序，当输入临界浓度后，报警器可以根据外部测得的数据而进行预警作用。