解析可燃氣體報警器的快速校準裝置結(jié)構(gòu)、原理及作用

凌超

廣東省茂名市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所 廣東茂名 525000

可燃氣體性質(zhì)十分特殊，具有易燃的特點，當在環(huán)境中到一定濃度時，甚至還會出現(xiàn)易爆現(xiàn)象，為了保證可燃氣體在應(yīng)用的過程中具有良好的安全性，可燃氣體報警器發(fā)揮了重要的作用。可燃氣體報警器能夠有效準確檢測到其氣體濃度，并具有良好的防爆效果，實現(xiàn)了對可燃氣體危險的有效控制，而可燃氣體報警器的快速校準裝置具有怎樣的結(jié)構(gòu)、原理及作用，就是本文主要研究的內(nèi)容。

1 裝置結(jié)構(gòu)

1.1 氣路系統(tǒng)

可燃氣體報警器的快速校準裝置中，氣路系統(tǒng)是實現(xiàn)可燃氣體正常使用的保障，此裝置主要有單向閥、原料氣以及氣體管路等部分組成，為了避免可燃氣體受到氣路管道的吸附而導(dǎo)致流通的不良，其氣路往往通過聚四氟乙烯管路進行使用，且單向閥數(shù)量也比較多，主要是避免可燃氣體發(fā)生逆流的現(xiàn)象。

1.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)在可燃氣體報警器的快速校準裝置中具有重要的作用，也是此裝置功能實現(xiàn)的必要組成，此系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器常使用的是CD4501或者AD625類型，此系統(tǒng)主要以輸出的流量以及輸出氣體的濃度當作參考的標準，進而來計算單氣路氣體標準的流量，并且還要把調(diào)整后壓力、溫度以及流量等信號和標準的理論數(shù)值進行比較，按照比較所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，來對其比例的調(diào)節(jié)閥開度實施調(diào)節(jié)，保證其實際流量和理論流量具有很小的誤差，則輸出的實際可燃氣體濃度也就和理論標準的濃度相近[1]。

1.3 比例和流量控制系統(tǒng)

對于比例與流量的控制系統(tǒng)來說，此系統(tǒng)主要包括比例的電磁閥、氣體的流量計、溫度和壓力的傳感器等組成，其中比例的電磁閥主要是對可燃氣體的流量實施調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)主要將溫度和壓力的傳感器顯示的數(shù)值以及流量的測量值等作為流量調(diào)節(jié)依據(jù)，從而形成一種閉環(huán)控制的系統(tǒng)，來對可燃氣體的比例以及流量進行科學(xué)合理的控制，通過相關(guān)研究表明，此種控制系統(tǒng)具有±0.4%的讀數(shù)精確度，或者±0.2%的滿量程。壓力的傳感器是對可燃氣體的壓力值進行檢測；溫度的傳感器是對可燃氣體溫度信號進行接收；氣體的流量計一般具有很高的精度，并把其安裝在氣體混合兩氣路中間位置。

2 裝置原理

可燃氣體報警器主要有信號的發(fā)射器、數(shù)字化通信系統(tǒng)以及信號的接收器等組成，在投入使用前，首先就需要對信號的接收器以及發(fā)射器光路實施校準，保證校準無誤后才能正常使用。此校準裝置處在一個封閉的管路環(huán)境內(nèi)，對其實施校準時，一定要保證該裝置在工作光路范圍內(nèi)，才能讓發(fā)射器所發(fā)出光波的信號經(jīng)過充氣的校準裝置后，被接收器能夠成功準確的接收，在實施校準前，還要先設(shè)計一科學(xué)合理的校準要求標準，嚴格根據(jù)該標準進行校準，而為了提升校準的便捷性和準確性，還可以于校準裝置外側(cè)進行氣泡型水準儀的安裝。此裝置主要有常壓混合以及帶壓混合等兩種工作方式，如果使用通過常壓混合方法進行工作，則需要使用精度比較高的穩(wěn)壓閥與抽氣泵當作供氣的設(shè)備，且抽氣泵需要使用真空泵，流速還要達到3L/min，如果通過帶壓混合方法進行工作，則減壓閥和鋼瓶等為其供氣的設(shè)備，通過氣路連接到鋼瓶，在經(jīng)過加壓閥的穩(wěn)壓后，再到氣體的流量計，實現(xiàn)對氣體的檢測[2]。

3 可燃氣體報警器的快速校準裝置功能實現(xiàn)

3.1 流量控制

為了有效提升裝置流量的控制效率，此裝置中的流量計在進行可燃氣體的測量中需要通過氣體層的流測量原理實施作業(yè)，流量計內(nèi)氣體運行中往往會通過多個氣流的通路進行流通，流量計的原理圖如圖1所示。

圖1 流量計的原理圖

在對可燃氣體流量的控制中，需要借助相應(yīng)的公式來對各系統(tǒng)通路內(nèi)的氣體流量實施計算，來明確掌握其各系統(tǒng)通路內(nèi)的氣體實際流量，保證它們滿足流量要求的標準。對上述系統(tǒng)原理圖分析得出：流道的半徑是a，直徑為d=2a，在此基礎(chǔ)上來對流量的平均流速實施計算，計算的公式為：

在流體處在層流的狀態(tài)中，對可燃氣體的流量控制進行計算，需要按照下述公式進行：

在此公式內(nèi)，Q表示體積的流量；ΔP表示進出口的壓力差，而η表示流體的粘度。流量的控制系統(tǒng)運行中一般需要按照所設(shè)定濃度以及氣體的種類等相關(guān)參數(shù)來對氣體實際的流量狀況實施計算，進而使用PID算法來對比例的電磁閥實施調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)對氣路的流量合理的控制。

3.2 防爆功能

可燃氣體報警器的快速校準裝置工作的環(huán)境是十分復(fù)雜的，一般是于火災(zāi)爆炸性的危險區(qū)域進行工作，并且還會使用一些超過爆炸的下限可燃性氣體標準的物質(zhì)配置校準使用的標準氣體，因此，為了有效的提升裝置安全性能，就需要對其進行有效的防爆設(shè)計，這也是此裝備具備的基本功能。此裝置防爆設(shè)計主要是通過外防爆與內(nèi)防爆的有效結(jié)合實現(xiàn)的，在管路的內(nèi)部進行阻火網(wǎng)設(shè)置，來避免由于內(nèi)部的爆炸而對裝置外部的環(huán)境造成影響，導(dǎo)致危險的進一步惡化。在此裝置中，主要包括監(jiān)控單元的模塊、A氣路的氣體流量檢測以及控制的模塊和B氣路氣體流量的檢測以及控制模塊等三大核心的部分，在這三大核心的部分都需要進行防爆箱設(shè)計來將實現(xiàn)它們的封閉效果，還要保證每防爆箱能夠良好的連通，在防爆箱的連通部分需要進行引入筒的設(shè)置，主要使用通信電纜從引入筒中穿過來實現(xiàn)對各不同的模塊之間有效的連接，于引入筒的內(nèi)部進行一定環(huán)氧樹脂的灌注，來對不同的空間實現(xiàn)隔絕。為了防止由于長時間可燃氣體的泄漏和積累造成濃度升高而超過爆炸的下限，從而造成安全隱患，還需要在隔爆箱的內(nèi)部進行吹掃通路的設(shè)計，且裝置電氣開關(guān)也要使用防爆型的開關(guān)，將操作的界面設(shè)計成觸摸屏[3]。

3.3 濃度計算

在此裝置的運行中，由于不同類型的氣體具有的粘滯系數(shù)以及壓縮系數(shù)等都具有一定差異性，這也就導(dǎo)致流量計進行氣體測量中會出現(xiàn)不同程度的偏差，為了防止這種問題的出現(xiàn)以及處理，就需要在計算中預(yù)先對不同類型氣體的粘滯系數(shù)以及壓縮系數(shù)進行有效的設(shè)定。實際操作中，將A流量計具有輸出的流量數(shù)據(jù)作為Qa，則B流量計具有輸出的流量數(shù)據(jù)當作Qb，A路和B路壓力的輸出值分別是Pa和Pb，A路和B路溫度的輸出分別是Ta和Tb，于實驗室理想的環(huán)境條件中，Ta=Tb且Pa=Pb，于標準狀態(tài)中A路的流量是Qca，而B路的流量是Qcb，Za和Zb分別是氣體壓縮的系數(shù)，需要對環(huán)境條件進行合理的管控，對一些壓縮性氣體要實施有效的修正，按照理想的氣體狀態(tài)相關(guān)方程以及氣體壓縮性具有實際的流量進行計算的公式為：

在標定的報警器中，A氣路進行較高濃度標準氣的通入，B通路進行清潔空氣的通入，如果假設(shè)A路的可燃氣體濃度是Ca，則標準氣的濃度輸出為：

4 裝置優(yōu)點

此裝置具有諸多的優(yōu)點，也逐漸得到了廣泛的應(yīng)用?？垢蓴_的能力十分強，可燃氣體報警器快速校準裝置在戶外十分復(fù)雜的開放環(huán)境內(nèi)，比如，高溫、風沙以及暴雨等自然天氣中，都能夠正常的運轉(zhuǎn)；工作的效率十分高，此裝置的校準工作能夠快速準確的響應(yīng)，在較短時間內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)工作的完成，T90響應(yīng)的時間也就5s；穩(wěn)定性十分好，此裝置感光板是一種新材料以及紅外脈沖的光源來進行加制作的，它具有十分優(yōu)秀的穩(wěn)定性，在較長時間的工作中也能夠保持穩(wěn)定正常運行的狀態(tài)，且年變化率也十分低，在2%下，發(fā)生漂移十分?。槐O(jiān)控的范圍比較廣，此裝置和傳統(tǒng)的裝置比較，標準可燃氣體報警器快速校準裝置監(jiān)控的范圍要更加的大，最大的監(jiān)控長度也達到了120m，使用傳統(tǒng)的裝置所監(jiān)控的半徑最大也就達到5m[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，可燃氣體報警器的快速校準裝置在可燃氣體防護中具有顯著的效果，應(yīng)用也十分廣泛，為了促進其更好的發(fā)揮作用，還需要相關(guān)人員對其進行不斷的探索和研究，豐富和創(chuàng)新其功能，從而更好的保證可燃氣體的安全性。