气体报警器在线检测系统的研究

张　磊　刘　峰

(山东省莱芜市计量检定测试所，莱芜 271100)

0　引 言

在国外，移动实验室的开发与应用涉及领域较广，如美国研发的是生物方面用于科学研究的移动实验室，以色列研发的是用于农用的移动实验室；目前，我国也开发研究了几类移动实验室，如“疾病预防的检测移动实验室”、“考古移动实验室”等。随着企业工业化进程不断加快，为了减少和防止瓦斯爆炸、车间起火、人身中毒等各类事故的发生，各种有毒有害气体报警器渐渐成为煤矿、化工和冶金等企业必不可少的安全防护设备。但气体报警器的检定、校准过程却比较麻烦，即浪费了时间又在路途中产生了误差。为了减少企业负担，结合工作实际我们提出了“气体报警器在线检测系统”的研究方案，并研制了“气体报警器在线检测系统”(以下简称移动实验室)。

1　移动实验室构成及安装要点

1.1　内部结构

将标准实验室实验设备整体搭载在一辆依维柯汽车上，实验室内设置了检定校准、保温保湿、工作台密封气罩及废气体排放、UPS电源充放电、工作人员人身安全救护等装置。

实验室长2.5m，宽2.2m，高1.8m，地面铺设木地板，实验室左侧为检测台，右侧为防护用品放置区，工作台整体固定在铺设了木地板的车体上，检定校准的仪器也被固定在检测工作台上，防护用品装箱后放置于工作橱内。

检测工作台长2.4m，宽0.35m，高0.6m，在工作台上从左到右依次布置为标准气体瓶、动态配气装置、检测区和UPS电源四个大部分，布局合理，便于操作。其内部组成主要是有以下6个方面：

1)标准气体瓶的安置：标准气体是国防工业化学计量站生产，国家一级标准物质。标气瓶为了安装牢固、使用方便、少占空间，在工作台面挖了四个圆孔，标气瓶可通过圆孔用橡胶圈固定于橱子底部，连接减压阀的气瓶口露在台面，标气瓶底部加防震层，减小了汽车行驶中的震动。

2)动态配气装置：仪器检测采用了新型检定校准装置，该装置为中国技术开发总公司生产，型号MF-4B，二组分，不确定度U=1.0%(k=2)。配气原理为质量流量混合法，通过简单的设置，在该不确定度条件下的有效稀释比例可根据需要得到修改。使用该装置，台面安放的4瓶标准气体就可以检定3个气体种类的报警器。该装置加防震层固定在台面，在汽车行驶过程中就可以开机预热，开展检定工作。

3)配套设施：减压阀(型号：R14SLGP-XJG-01-11)、连接气管、控制针阀(型号：AKB316)是美国捷瑞企业有限公司生产，气体吸附性较小的不锈钢制品；气体减压阀安装在检测区的p 型架上，通过金属软管与标气瓶相连接。

4)安全救生防护装置：移动实验室内放置了工作服、空气呼吸器等安全防护装备，医用氧气等简单救护设施，应急意外事件实施紧急救护措施。

5)无线网络系统设计：在移动实验室内通过无线上网卡连接到中心实验室，将现场检测得到的数据及时上传，达到快速出具检定校准证书的目的。

6)UPS电源装置：逆变器是深圳市洪迪源电子有限公司生产，型号：CH-1000W。

移动实验室内设置了220V、24V、12V不同电压的电源接口，可以检测固定式、便携式等不同种类的气体报警器。

1.2　安装要点

1)各部分布置清晰，做到电源与标准气体部分距离最大化，保证用电安全，并方便仪器操作与检测。

2)标准气体瓶、减压阀与配气装置三者之间用金属软管连接，减小汽车颠簸带来的硬性冲击力，保证汽车行驶过程中不会发生气体泄漏的问题。

3)逆变器、蓄电池等电器部分，有过流、过压、温度、欠压和短路等异常保护功能，操作台上装有蓄电池电压指示表，可以随时查看用电情况。

4)在驾驶区与检测区之间用10mm厚的亚克力板完全密封隔离，车内顶部安装了复合式气体报警器，防止标准气体泄漏，保证驾驶员的安全。

5)工作台安装了密封罩，通气管、电源线在密封气罩后布置，排气装置固定在检测区密封罩的上方，与检测区隔离。

2　移动实验室检测结果能力验证

考核指标：移动实验室建成后，应达到与标准实验室同等的检测能力，满足以下检测结果满意度的要求：

式中，En为结果满意度；x移为移动实验室检定/校准结果；x标为标准实验室检定/校准结果；U移为移动实验室测量结果的扩展不确定度；U标为标准实验室测量结果的扩展不确定度。

当En≤1，判定为满意；En>1，判定为不满意。

下面分别在移动实验室与标准实验室做两组实验，将一氧化碳和甲烷两种气体报警器作为有毒有害气体及可燃性气体检测报警器的代表进行以下分析。

2.1　一氧化碳报警仪在移动实验室和标准实验室的试验

2.1.1一氧化碳报警仪在移动实验室的试验

1)重复性测量引入的不确定度

重复测量平均值的相对误差χ1=0.37%，计算结果的相对标准偏差：

重复性测量引入的不确定度：

u(A)=s=0.13%

2)气体标准物质引入的不确定度

气体标准物质是国防科技工业应用化学一级计量站生产，其不确定度为：U=1.0%，k=2。其引入的标准不确定度：

u(B1)=1.0%/2=0.5%

3)气体检测器引入的不确定度

气体检测器的扩展不确定度：U=1.0%，k=2 。其引入的标准不确定度：

u(B2)(1.0%/2=0.5%

4)合成不确定度

由于各不确定度互不相关，故合成标准不确定度为：

uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0.8%

5)扩展不确定度评定

U1=kuc=2×0.8%=1.6%k=2

2.1.2一氧化碳报警仪在标准实验室的试验

在相同的温度、湿度、人员、检测方法等条件下，对同一台一氧化碳报警仪在标准实验室用上述同种方法对其做试验，检测结果如表1所示：

表1

χ2u(A)u(B1)u(B2)0　44%0　18%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0　73%U2=kuc=2×0　73%=1　5%，k=2

2.1.3移动实验室检测能力验证

将上述一氧化碳报警仪分别在移动实验室和标准实验室的检测数据带入下式得：

检测结果满足实验室能力验证满意度的要求，判定为满意。

2.2　甲烷报警仪在移动实验室和标准实验室的试验

2.2.1甲烷报警仪在移动实验室的试验

表2

χ1u(A)u(B1)u(B2)-1　66%0　99%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=1　22%U1=kuc=2×1　22%=2　4%，k=2

2.2.2甲烷报警仪在标准实验室的试验

在相同的温度、湿度、人员和检测方法等条件下，对同一台甲烷报警仪在标准实验室用上述同种方法对其做试验，其检测结果如表3。

表3

χ2u(A)u(B1)u(B2)-1　33%0　53%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0　88%U2=kuc=2×0　88%=1　8%，k=2

2.2.3移动实验室检测能力验证

将上述甲烷报警仪分别在移动实验室和标准实验室的检测数据带入下式得：

检测结果满足实验室能力验证满意度的要求，判定为满意。

3　结束语

气体报警器在线检测系统将气体报警器检测各单元集成并形成了在线检测系统，研制成车载移动检测实验室。经验证移动实验室与固定实验室的检定结果是等效一致的，满足了现场计量检定的需求。

气体报警器在线检测系统的研制、使用，提高了计量检定部门的检定质量和检定收益，节省了送检单位的检定成本，社会公益性价值明显。

[1]JJG 678—2007《催化燃烧式甲烷测定器》.北京：中国计量出版社，2008

[2]JJG 915—2008《一氧化碳检测报警器》. 北京：中国计量出版社，2009

[3]JJG 693—2011《可燃气体检测报警器》.北京：中国计量出版社，2011

[4]GB 16808—2008《可燃气体报警控制器技术要求及试验方法》. 北京：中国标准出版社，2010

[5]GB 15322—2003《可燃气体探测器》. 北京：中国标准出版社，2003

[6]JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》规范. 北京：中国计量出版社，1999

[7]施昌彦，宣安东.实用测量不确定度评定及案例. 北京：中国计量出版社，2007

[8]李慎安.测量不确定度表达百问. 北京：中国计量出版社，2001