淺談流量對(duì)氣體報(bào)警器檢定示值的影響

【摘 要】 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有一氧化碳?xì)怏w和可燃?xì)怏w檢定裝置進(jìn)行改造，選擇空氣中一氧化碳?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和空氣中異丁烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在不同氣體流量的情況下對(duì)多種型號(hào)報(bào)警器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析探討氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)流量的大小，在檢定過(guò)程中對(duì)氣體報(bào)警器示值變化的影響。

【關(guān)鍵詞】 流量變化 示值變化 氣體報(bào)警器

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.01.003

1 研究意義

在JJG 915-2008《一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器》檢定規(guī)程和JJG 693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器》檢定規(guī)程中對(duì)氣體流量的要求是穩(wěn)定在某一區(qū)間某一流量點(diǎn)上恒定不變，而這個(gè)區(qū)間一般是由生產(chǎn)廠家或相關(guān)的資料來(lái)獲取。在實(shí)際工作中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同類(lèi)型型號(hào)的報(bào)警器，流量的變化對(duì)報(bào)警器示值的影響量是有區(qū)別的。利用現(xiàn)有的資源，經(jīng)過(guò)選擇設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，研究氣體流量對(duì)于不同報(bào)警器的影響，以期在以后的工作中有所指導(dǎo)。

本項(xiàng)目利用現(xiàn)有的計(jì)量資源，不需要過(guò)多的投入，對(duì)流量這個(gè)影響因素在檢定過(guò)程中的作用進(jìn)行探索，為提高報(bào)警器的檢定工作質(zhì)量提供依據(jù)。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器和可燃?xì)怏w報(bào)警器廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)，對(duì)環(huán)境中有毒有害、易燃易爆氣體的濃度的動(dòng)態(tài)檢控起到了至關(guān)重要的作用。國(guó)家檢定規(guī)程JJG 915-2008《一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器》和JJG 693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器》嚴(yán)格規(guī)定了報(bào)警器的檢定方法。為保證報(bào)警器的有效工作，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控環(huán)境氣體質(zhì)量，保障人身安全，創(chuàng)建和諧社會(huì)起到了重要作用。

國(guó)家檢定規(guī)程對(duì)檢定過(guò)程中流量的控制未作出具體詳細(xì)的規(guī)定，JJG 915-2008之5.3.2條款規(guī)定“使用流量控制器控制標(biāo)準(zhǔn)氣體的流量。檢定擴(kuò)散式儀器時(shí)，流量應(yīng)根據(jù)儀器說(shuō)明書(shū)的要求，如果儀器說(shuō)明書(shū)沒(méi)有明確要求，則一般控制在（200±50）mL/min范圍；檢定吸入式儀器時(shí)，必須保證流量控制器中的旁通流量計(jì)有流量放空。”JJG 693-2011之5.3.6條款也有相似的規(guī)定。在實(shí)際工作中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境或使用的流量計(jì)的分度值的限制無(wú)法嚴(yán)格控制在此區(qū)間，或由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不宜控制在此區(qū)間，或由于氣體壓力變化流量有所波動(dòng)，往往造成流量不能?chē)?yán)格控制在要求的范圍內(nèi)；我們?cè)诠ぷ髦?，發(fā)現(xiàn)各種傳感器對(duì)流量的敏感程度不一致，更為重要的是，上述兩個(gè)規(guī)程更新前后版本的主要變化之一是對(duì)流量控制器的強(qiáng)調(diào)，因此有必要對(duì)這一影響因素進(jìn)行研究。

根據(jù)查新和查詢有關(guān)技術(shù)要求，大部分廠家在說(shuō)明書(shū)中對(duì)流量有不同的要求，雖然在所要求的區(qū)間附近流量對(duì)報(bào)警器的示值影響不顯著，但為了嚴(yán)格按照檢定規(guī)程進(jìn)行工作，有必要對(duì)常用的各種報(bào)警器的流量波動(dòng)影響因素進(jìn)行研究。目前查不到有關(guān)具體數(shù)據(jù)，顯然，此項(xiàng)研究結(jié)果在實(shí)際工作中有著重要的意義。

3 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目就是研究氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量大小對(duì)報(bào)警器示值的影響，通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，得出具體影響結(jié)果。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）改進(jìn)檢定裝置，考察標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性、穩(wěn)定性。

購(gòu)置了江蘇泰州祥云儀表有限公司生產(chǎn)的準(zhǔn)確度為2.5級(jí)，量程分別為（0.6-6）L/min、（1-10）L/min和（1-15）L/min的流量計(jì)，對(duì)現(xiàn)有一氧化碳檢定裝置和可燃?xì)怏w檢定裝置進(jìn)行了改進(jìn)，增大了對(duì)流量的測(cè)量控制范圍，以滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備改造完成后，對(duì)檢定裝置的重復(fù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行了考核。選擇兩種濃度一氧化碳?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)一氧化碳檢定裝置在兩種不同流量的四種情況下，分別進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。選擇一種濃度異丁烷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)可燃?xì)怏w檢定裝置在兩種不同流量的情況下，分別進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。

（2）報(bào)警器的選型，要符合使用數(shù)量大、具有代表性、性能穩(wěn)定的要求。我們選用了日常檢定工作中常用的、新近出廠的、具有良好穩(wěn)定性的4種型號(hào)一氧化碳報(bào)警器，共12件，2種型號(hào)可燃?xì)怏w報(bào)警器，共6件。

（3）通過(guò)改進(jìn)后的檢定裝置，對(duì)一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器和可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

一氧化碳報(bào)警器實(shí)驗(yàn)：選擇四種常用的不同型號(hào)報(bào)警器各三臺(tái)，流量控制器的連接方式為擴(kuò)散式安裝，將選取的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和流量控制器進(jìn)行連接，放置至穩(wěn)定。

根據(jù)檢定規(guī)程和儀器使用說(shuō)明書(shū)及相關(guān)參數(shù)要求，對(duì)選取的同種型號(hào)的三臺(tái)實(shí)驗(yàn)報(bào)警器進(jìn)行預(yù)熱穩(wěn)定以及零點(diǎn)和示值調(diào)整。在選取的同一濃度氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢定點(diǎn)，參照國(guó)家檢定規(guī)程，對(duì)選取的同種型號(hào)的三臺(tái)一氧化碳報(bào)警器，依次通入流量為（0、50、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000）mL/min的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待示值穩(wěn)定后記錄相應(yīng)流量報(bào)警器的示值。

每個(gè)檢定點(diǎn)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值作為該檢定點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，選取的三個(gè)檢定點(diǎn)，全部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。對(duì)選取的其他三種型號(hào)的實(shí)驗(yàn)報(bào)警器重復(fù)以上操作，記錄下相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。共對(duì)12臺(tái)報(bào)警器，進(jìn)行了2484次實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)表格4個(gè)，數(shù)據(jù)圖形12個(gè)。

可燃?xì)怏w報(bào)警器實(shí)驗(yàn)：選擇兩種常用的不同型號(hào)報(bào)警器各三臺(tái)，流量控制器的連接方式為擴(kuò)散式安裝，流量控制器必須安裝旁通流量計(jì)，將選取的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和流量控制器進(jìn)行連接，放置至穩(wěn)定。

根據(jù)檢定規(guī)程和儀器使用說(shuō)明書(shū)及相關(guān)參數(shù)要求，對(duì)選取的同種型號(hào)的三臺(tái)實(shí)驗(yàn)報(bào)警器進(jìn)行預(yù)熱穩(wěn)定以及零點(diǎn)和示值調(diào)整。在選取的同一濃度氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢定點(diǎn)，參照國(guó)家檢定規(guī)程，對(duì)選取的同種型號(hào)的三臺(tái)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器，依次通入流量為（0、50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000）mL/min的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待示值穩(wěn)定后記錄相應(yīng)流量報(bào)警器的示值。

每個(gè)檢定點(diǎn)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值作為該檢定點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，選取的三個(gè)檢定點(diǎn)，全部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。對(duì)選取的其他型號(hào)的實(shí)驗(yàn)報(bào)警器重復(fù)以上操作，記錄下相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。共對(duì)6臺(tái)報(bào)警器，進(jìn)行了1242次實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)表格2個(gè)，數(shù)據(jù)圖形6個(gè)。

（4）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在排除對(duì)報(bào)警器示值有影響的其它因素的情況下進(jìn)行的，即選用的實(shí)驗(yàn)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)人員具有豐富的相關(guān)檢定經(jīng)驗(yàn)，選取的實(shí)驗(yàn)報(bào)警器是新近出廠的、性能穩(wěn)定的報(bào)警器，實(shí)驗(yàn)室的溫濕度都符合國(guó)家規(guī)程要求且基本穩(wěn)定。

4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)使用廣泛的4種不同型號(hào)的一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器和2種不同型號(hào)的可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器，進(jìn)行氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)流量—報(bào)警器示值曲線實(shí)驗(yàn)，得到德國(guó)德?tīng)柛?、加拿大BW、美國(guó)450、美國(guó)華瑞PGM1700四種常用的擴(kuò)散式一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器測(cè)量流量-示值變化曲線和加拿大BW、美國(guó)霍尼韋爾兩種常用的擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器測(cè)量流量-示值變化曲線。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于所選的一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器和可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器，可得出以下結(jié)論：

（1）氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量大小對(duì)檢定示值是有影響的，在不同的流量區(qū)間，其影響的顯著程度是不同的。隨著流量不斷增大，檢定示值也不斷增大，在一定流量區(qū)間，比如一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器流量區(qū)間（150-1000）ml/min，流量-檢定示值曲線的斜率變化是相對(duì)平緩的；可燃?xì)怏w在（200-1000）ml/min，流量-檢定示值曲線的斜率變化幾乎是一條直線。

（2）氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度不同，流量大小對(duì)檢定示值影響的顯著程度也是不同的。小濃度的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)因氣體流量大小的變動(dòng)量較大，不宜使用為標(biāo)定點(diǎn)，建議使用濃度較大氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行報(bào)警器的標(biāo)定。

（3）所選一氧化碳報(bào)警器按照國(guó)家檢定規(guī)程建議范圍即（200±50）ml/min時(shí)，流量給實(shí)驗(yàn)報(bào)警器檢定帶來(lái)的影響大部分在±1%以內(nèi)。對(duì)于有些技術(shù)參數(shù)或說(shuō)明書(shū)特別要求流量區(qū)間的，按照要求控制流量，建議采用標(biāo)定時(shí)所采用的流量區(qū)間。氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量不在檢定規(guī)程或技術(shù)要求的區(qū)間時(shí)，即氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量控制過(guò)低（0-200）ml/min或者過(guò)高（1000-10000）ml/min時(shí)，流量給檢定裝置帶來(lái)顯著影響，在計(jì)算測(cè)量不確定度時(shí)需要考慮進(jìn)去。

所選可燃?xì)怏w報(bào)警器的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量應(yīng)控制在（200-1000）ml/min時(shí)，流量對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)。氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量不能控制此區(qū)間時(shí)，即氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的流量控制過(guò)低（0-200）ml/min或者過(guò)高（1000-10000）ml/min時(shí)，流量給檢定裝置帶來(lái)顯著影響。

（4）實(shí)驗(yàn)選用的一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器和可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器，其傳感器雖然由于材質(zhì)和有關(guān)技術(shù)參數(shù)不同，數(shù)據(jù)曲線有一定差別，但它們能夠保持良好的線性，并且趨勢(shì)基本相同。