復(fù)合式氣體報(bào)警器檢定裝置的研制

劉溢舟，楊曦，馬雅詩(shī)，徐子凱，周曉峰，蒲玲，朱佳奇

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院計(jì)量檢測(cè)所，上海 201114）

合式氣體檢測(cè)報(bào)警器是一種可以測(cè)量工況環(huán)境中特定氣體濃度的儀器，它可以同時(shí)測(cè)量多組分有毒有害氣體。目前市場(chǎng)上有二合一、三合一和四合一等幾種形式，客戶可根據(jù)具體檢測(cè)的有害氣體進(jìn)行選擇。其中最常用的為四合一氣體檢測(cè)報(bào)警器，主要檢測(cè)可燃?xì)怏w、一氧化碳、硫化氫和氧氣4 種氣體濃度。它主要應(yīng)用在化工廠、煉化廠等有毒有害氣體泄露環(huán)境和場(chǎng)所，相關(guān)人員在進(jìn)入這些有泄漏危險(xiǎn)的區(qū)域時(shí)隨身佩戴，實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境中的有毒有害氣體泄漏量并進(jìn)行聲光報(bào)警［1］。按照國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)要求，復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器分別依據(jù)《JJG 693–2011 可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器》、《JJG 915–2008 一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器》、《JJG 695–2003 硫化氫氣體檢測(cè)儀》和《JJG 365–2008 電化學(xué)氧測(cè)定儀》技術(shù)規(guī)范進(jìn)行計(jì)量。

根據(jù)上述技術(shù)規(guī)范要求，一般的檢定裝置由標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶、減壓閥、流量控制器、管路和標(biāo)定罩組成［2］。其原理為將鋼瓶中的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)管路送入到流量控制器中（轉(zhuǎn)子流量計(jì)），標(biāo)準(zhǔn)氣體在轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)控下繼續(xù)被送入復(fù)合式氣體報(bào)警器進(jìn)氣口。通過(guò)比較顯示氣體濃度和標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度計(jì)算誤差。此方法自動(dòng)化程度低，工作效率低。針對(duì)上述問(wèn)題，山東計(jì)量科學(xué)研究院自主設(shè)計(jì)了一套具有視覺(jué)識(shí)別功能的有毒有害報(bào)警器檢定裝置，該裝置具有圖像識(shí)別功能且其重復(fù)性不大于±1%［3］，其不足是無(wú)法滿足可燃?xì)怏w檢定規(guī)程中裝置重復(fù)性不大于0.5%的要求。深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院研制了開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器校準(zhǔn)裝置［4］，該裝置采用標(biāo)注氣體濃度和標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度兩個(gè)測(cè)量參數(shù)結(jié)合的方法，研制出一套具備特定標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)氣筒，但只能用于檢定射式可燃?xì)怏w報(bào)警器。另外還有中國(guó)測(cè)試研究院研制了一套用于檢定固定式可燃易爆有害氣體報(bào)警器自動(dòng)檢定裝置［5］，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)氣體流量控制系統(tǒng)和傳感器電參量檢測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)為流量控制器分別有多路通道，每路通道與一個(gè)固定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶通過(guò)減壓閥和流量控制器連接，通過(guò)切換通道將標(biāo)準(zhǔn)氣體通入報(bào)警器，但只適合檢定固定式氣體報(bào)警器并且自動(dòng)化程度不高。上述報(bào)警器檢定裝置無(wú)法同時(shí)滿足復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器中常用的可燃?xì)怏w、一氧化碳、氧氣和硫化氫氣體的檢定工作。

筆者在目前國(guó)內(nèi)報(bào)警器檢定裝置研究基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際檢定工作的需要，提出了一種新型復(fù)合式氣體報(bào)警器檢定方法，根據(jù)此方法設(shè)計(jì)了一套復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定裝置。設(shè)計(jì)目標(biāo)為其測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度不大于5%（k=2），氣體稀釋裝置的重復(fù)性不大于0.5%，轉(zhuǎn)子流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)不低于4 級(jí)，流量范圍為（0～1 000）mL／min，采用不銹鋼材質(zhì)減壓閥，管路材質(zhì)為不銹鋼。采用PLC 和上位機(jī)結(jié)合的自動(dòng)控制方式，整套裝置配備檢定證書(shū)編輯軟件，可完成電子證書(shū)的編輯。該裝置提高了復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定的工作效率。

1 檢定裝置的設(shè)計(jì)

1.1 檢定方法

復(fù)合式氣體報(bào)警器檢定裝置結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，按功能主要由5 部分組成：標(biāo)準(zhǔn)氣體存儲(chǔ)部分（1，7）、氣體輸送管路（3，8，10）、流量控制部分（2，4，5，6）、氣體稀釋裝置（9）、測(cè)量平臺(tái)（11），其中測(cè)量平臺(tái)主要由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和密閉罩構(gòu)成。如圖1 所示，6 瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體分別為1 瓶20.9%的氮?dú)庵醒鯕狻?瓶200 μmol／mol 的氮?dú)庵辛蚧瘹錃怏w、1 瓶2 000 μmol／mol 的氮?dú)庵幸谎趸細(xì)怏w、1 瓶5%的空氣中甲烷氣體和2 瓶99.999%的高純氮?dú)?，每瓶?biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)不銹鋼管路將氣體送入配氣系統(tǒng)中完成目標(biāo)準(zhǔn)氣體體的配制。為了防止4 種氣體在配氣和檢定過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而影響標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值，檢定裝置首先對(duì)復(fù)合式氣體報(bào)警器中氧氣進(jìn)行檢定，然后依次完成硫化氫、一氧化碳和甲烷的檢定，這樣可以有效防止不同種類(lèi)氣體之間相互影響。

圖1 檢定裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在裝置運(yùn)行前，首先將預(yù)熱后的復(fù)合式氣體報(bào)警器安裝在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)并固定好，上位機(jī)軟件控制打開(kāi)檢定裝置中氧氣和其中1 瓶高純氮管道對(duì)應(yīng)的電磁閥，然后控制流量調(diào)節(jié)閥將氧氣和氮?dú)夤苈分械臍怏w流量分別調(diào)節(jié)到500 mL／min 和1 000 mL／min，在氣體稀釋裝置控制界面中輸入含氧20.9%的氧氣標(biāo)準(zhǔn)氣體和99.999%的氮?dú)?，在上位機(jī)界面輸入需配制的工作氣體濃度值和流量值并啟動(dòng)氣體稀釋裝置進(jìn)行稀釋?zhuān)瑲怏w稀釋裝置根據(jù)配氣方程（1）自動(dòng)計(jì)算并調(diào)節(jié)原氣中各個(gè)氣體的流量值，從而配制成所需工作標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值。配制好的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入復(fù)合式氣體報(bào)警器檢測(cè)口進(jìn)行測(cè)量，待報(bào)警器顯示數(shù)值穩(wěn)定后將氧氣濃度3 次讀數(shù)值輸入到檢定軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，然后控制旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到后面待測(cè)報(bào)警器進(jìn)行氧氣濃度的測(cè)量，直到完成所有復(fù)合式氣體報(bào)警器中氧氣濃度的測(cè)量后停止旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并關(guān)閉氧氣鋼瓶對(duì)應(yīng)電磁閥，打開(kāi)另一瓶99.999%的高純氮?dú)獾碾姶砰y［6］，等到報(bào)警器穩(wěn)定地顯示氧氣濃度為零后關(guān)閉其中一瓶高純氮的電磁閥并開(kāi)啟硫化氫管路電磁閥，報(bào)警器顯示氧氣濃度為零，說(shuō)明匯流管中的氧氣已經(jīng)被排空，不影響硫化氫氣體濃度測(cè)量。此時(shí)調(diào)節(jié)好硫化氫和另一瓶高純氮?dú)怏w流量，后續(xù)的硫化氫、一氧化碳和甲烷氣體的檢定按照上述氧氣檢定過(guò)程依次進(jìn)行，完成4 種氣體的檢定后，關(guān)閉所有減壓閥和氣體稀釋裝置，打開(kāi)排氣閥門(mén)和抽氣泵將廢氣排放到安全區(qū)域。

式中：C0——配制的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，μmol／mol；

LA——CH4(H2S，CO，O2) 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 體 流 量， mL／min；

LB——高純氮標(biāo)準(zhǔn)氣流量，mL／min；

A——CH4(H2S，CO，O2) 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 體 濃 度， μmol／mol。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)

根據(jù)采用的檢定方法設(shè)計(jì)了一套復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定裝置，見(jiàn)圖2。如圖2 所示，復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定裝置分為7 大部分：檢定裝置工作柜、氣瓶存儲(chǔ)柜、氣體輸送氣路、流量控制器、氣體稀釋裝置、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、上位機(jī)。其中檢定工作區(qū)位于裝置上側(cè)，氣瓶存儲(chǔ)柜位于左下側(cè)區(qū)域，氣瓶存儲(chǔ)柜的右側(cè)空出來(lái)的區(qū)域用于排放廢氣。檢定裝置工作柜設(shè)計(jì)思路按照其功能進(jìn)行，主要為氣路管道、氣體稀釋裝置、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、上位機(jī)等控制裝置提供支架。工作柜設(shè)計(jì)了廢氣排風(fēng)口，其作用為在裝置工作時(shí)將排放出來(lái)的有毒有害氣體安全從實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)氣泵排出［7］。設(shè)計(jì)的氣瓶存儲(chǔ)柜可同時(shí)容納6瓶標(biāo)準(zhǔn)氣瓶存放，為鋼瓶提供安全可靠地存儲(chǔ)空間，氣瓶存儲(chǔ)柜能夠有效防止鋼瓶?jī)A斜倒地，并且設(shè)計(jì)尺寸時(shí)充分考慮到搬運(yùn)的便利性。標(biāo)準(zhǔn)氣體有毒易燃易爆等特點(diǎn)，將其被安放在通風(fēng)靠窗側(cè)并與其它區(qū)域隔離。

圖2 復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定裝置機(jī)械圖

圖3 所示為檢定裝置配氣系統(tǒng)氣路，配氣系統(tǒng)氣路采用不銹鋼材質(zhì)來(lái)減少在管路運(yùn)輸過(guò)程中因吸附作用造成的氣體濃度誤差。其中轉(zhuǎn)子流量計(jì)設(shè)計(jì)在靠近氣體稀釋裝置的地方，并且選擇流量均勻穩(wěn)定的直管路段進(jìn)行安裝。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為四級(jí)且測(cè)量范圍為0～1 000 mL／min，轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般設(shè)定在500～800 mL／min 左右。氣體稀釋裝置的重復(fù)性不大于0.5%，配好的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)3 通管被分為兩路氣體，分別進(jìn)入旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上下兩層位置中對(duì)應(yīng)的被測(cè)儀器進(jìn)氣口中。在配氣系統(tǒng)中可自動(dòng)輸入原氣濃度和配制目標(biāo)準(zhǔn)氣體體濃度［8］。在設(shè)計(jì)方面，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)密封罩采用吸附作用較小的聚四氟乙烯材質(zhì)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)分為上下兩層，被測(cè)報(bào)警器依次放在圓盤(pán)上固定，并且通過(guò)一定角度的旋轉(zhuǎn)來(lái)測(cè)量放置在工作臺(tái)上面不同位置的被測(cè)儀器。

圖3 檢定裝置配氣系統(tǒng)氣路

圖3 中旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)分為兩層，整個(gè)檢定過(guò)程中旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)均在密閉的空間中進(jìn)行，每層最多放置10 臺(tái)復(fù)合式氣體報(bào)警器。每層復(fù)合式氣體報(bào)警器依次安裝在以旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸為圓心，工作臺(tái)直徑的四分之一距離為半徑的圓周上面，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以同時(shí)完成兩臺(tái)被測(cè)儀器的檢定。完成檢定后，打開(kāi)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)下部的排氣閥，并打開(kāi)抽氣泵將有毒有害的氣體排放到廢氣排放區(qū)域［9］。

1.3 控制部分設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖4。上位機(jī)與PLC 控制系統(tǒng)采用RS485 通訊協(xié)議進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，RS485 通訊方式可以穩(wěn)定地將控制信號(hào)發(fā)送到PLC控制系統(tǒng)。PLC 控制系統(tǒng)采用三菱FX–3U 系列編程器，其與被控制部件采用RS232 通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。首先在上位機(jī)Labview 控制界面中通過(guò)RS485 總線將控制信號(hào)發(fā)送至PLC 中，PLC 通過(guò)編輯的程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行判斷和處理，然后將結(jié)果發(fā)送并控制不同部件的動(dòng)作。在檢定過(guò)程中，控制打開(kāi)不同管路的氣瓶電磁閥，流量調(diào)節(jié)閥門(mén)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量值，上位機(jī)界面可以控制氣體稀釋裝置的開(kāi)關(guān)以及相關(guān)參數(shù)的輸入和設(shè)置，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要通過(guò)底部電機(jī)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)到下一工位。檢定完成后上位機(jī)界面可以通過(guò)開(kāi)啟排氣閥門(mén)和抽氣泵將檢定過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣排放到安全區(qū)域進(jìn)行處理。

圖4 控制系統(tǒng)流程圖

1.4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)檢定管理系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖5。上位機(jī)檢定管理系統(tǒng)軟件程序采用Labview 虛擬儀器軟件編寫(xiě)。根據(jù)各部分功能的不同，上位機(jī)程序主要分為在線監(jiān)控界面、檢定控制界面、數(shù)據(jù)管理界面三大部分。其中在線監(jiān)控界面主要通過(guò)安裝在檢定裝置上的攝像機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在操作過(guò)程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相關(guān)保護(hù)措施。檢定界面主要完成對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、氣體稀釋裝置、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、排氣閥和抽氣泵進(jìn)行控制操作，另外還有對(duì)實(shí)時(shí)流量值和氣體濃度值的顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面可以完成歷史數(shù)據(jù)查詢、基本參數(shù)設(shè)定、生成檢定證書(shū)等功能。Labview 采用圖形化編程語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)在于其程序代碼以流程圖或框圖的形式進(jìn)行展現(xiàn)，克服了Visual Basic 等編程軟件的不足之處。整個(gè)上位機(jī)檢定管理系統(tǒng)可以利用Internet 網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作的遠(yuǎn)程在線控制和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸功能。

圖5 上位機(jī)檢定管理系統(tǒng)示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 檢定條件

在實(shí)驗(yàn)室溫度為0～40℃，相對(duì)濕度不大于85%條件下進(jìn)行檢定［10］。

空氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：相對(duì)擴(kuò)展不確定度為2%(k=2)［11］，濃度分別為10.0%LEL，41.0%LEL，60.4%LEL。

氮?dú)庵辛蚧瘹錃怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：相對(duì)擴(kuò)展不確定 度 為2%(k=3)［12］，濃 度 分 別 為20.0，49.9，79.6 μmol／mol。

氮?dú)庵幸谎趸細(xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：擴(kuò)展不確定度為2.0%(k=2)［13］，其 濃度分別為29.6，50.2，70.3 μmol／mol；

氮?dú)庵醒鯕怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1%(k=3)［14］，濃度為5.0%，10.2%，15.1%；

被測(cè)復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器：CH4測(cè)量范圍為0～100%LEL，H2S 和CO 測(cè) 量 范 圍 為0～100 μmol／mol，O2測(cè)量范圍為(0～20.9)%；

稀釋裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為±1%(k=2)。

2.2 測(cè)量模型

根據(jù)檢定規(guī)程要求，CH4，H2S，O2的示值誤差采用相對(duì)誤差表示，按式(2)計(jì)算：

式中：ΔC——示值誤差，%；

R——儀器滿量程。

CO 示值誤差按式(3)計(jì)算：

式中：Δe——相對(duì)誤差，%；

AS——標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，μmol／mol。

2.3 不確定度評(píng)定

影響示值測(cè)量不確定度的因素：

（1）氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值引入的不確定度u1；

（2）標(biāo)準(zhǔn)氣體稀釋裝置引入的不確定度u2；

（3）管路吸附作用和氣體滲透作用引入的不確定度u3；

（4）被測(cè)儀器分辨率引入的不確定度u4；

（5）由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u5。

2.3.1 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值引入的不確定度

（1）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)，CH4和CO 兩種氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值相對(duì)擴(kuò)展不確定度為2%（k=2）。其引入的相對(duì)不確定度分量：

（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)，H2S 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值相對(duì)擴(kuò)展不確定度為3%（k=2）。其引入的相對(duì)不確定度分量：

（3）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)，氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1%（k=2）。其引入的相對(duì)不確定度分量：

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)氣體稀釋裝置引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)氣體稀釋裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為±1%（k=2），其引入的相對(duì)不確定度分量：

2.3.3 裝置管路吸附標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的不確定度

由于H2S 和CO 氣體易溶于有機(jī)質(zhì)和金屬易發(fā)生反應(yīng)［15］，在裝置不銹鋼管道中流通難免會(huì)與其反應(yīng)造成消耗，這種情況下對(duì)于微量的標(biāo)準(zhǔn)氣體會(huì)產(chǎn)生很大的影響，所以需要考慮其引入的不確定度。采用此檢定裝置進(jìn)行測(cè)量和直接將標(biāo)準(zhǔn)氣體通入被測(cè)儀器兩種方案，其它測(cè)量條件不變，對(duì)H2S 和CO兩種氣體進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)可得由其產(chǎn)生的最大誤差為±3 μmol/mol，按照均勻分布考慮，其引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

CH4氣體對(duì)于管路的吸附作用小，可不進(jìn)行考慮。在使用塑膠軟管時(shí)，空氣中的氧氣也可以通過(guò)滲透壓從空氣中滲透進(jìn)入管路從而引入不確定度分量。本裝置使用不銹鋼管進(jìn)行校準(zhǔn)，因此由空氣中滲透進(jìn)入管路的氧氣可不考慮。另外由于管路中有微量殘余的氧氣存留，所以在進(jìn)行氧氣校準(zhǔn)時(shí)一定要用高純氮?dú)鈱⒐苈分械难鯕馀鸥蓛?。試?yàn)得由其產(chǎn)生的最大誤差為±0.3%，其引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

2.3.4 被測(cè)儀器分辨率引入的不確定度

被測(cè)儀器H2S，CO 的分辨率為1 μmol／mol，則區(qū)間半寬為0.5 μmol／mol，其服從均勻分布k 3= ，其引入的相對(duì)不確定度分量：

被測(cè)儀器CH4的分辨率為1%LEL，則區(qū)間半寬為0.5%LEL，其服從均勻分布，引入的相對(duì)不確定度分量：

被測(cè)儀器O2的分辨率為0.1%，則區(qū)間半寬為0.05%，其服從均勻分布k= ，其引入的不確定度分量：

2.3.5 由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度

由于環(huán)境條件、人員操作和被校準(zhǔn)儀器等各種隨機(jī)因素引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可采取A 類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。

根據(jù)復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定裝置測(cè)量的4種氣體：CH4，H2S，CO，O2，對(duì)每種氣體的3 個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行A 類(lèi)評(píng)定，其中每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量6 次，按式（4）計(jì)算每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，取3 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值作為此種氣體的評(píng)定結(jié)果，然后計(jì)算測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度。

表1 CH4 各校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定結(jié)果

根據(jù)檢定規(guī)程要求，在實(shí)際檢定中每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3 次，取算術(shù)平均值作為儀器示值，Srmax=1.4%，因此CH4重復(fù)測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u5,rel(CH4)=Srmax／=0.9%。

表2 H2S 各校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定結(jié)果

根據(jù)檢定規(guī)程要求，在實(shí)際檢定中每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3 次，取算術(shù)平均值作為儀器示值，Srmax=1.1%，因此H2S 重復(fù)測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u5,rel(H2S)=Srmax／=0.7%。

表3 CO 各校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定結(jié)果

根據(jù)檢定規(guī)程要求，在實(shí)際檢定中每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3 次，取算術(shù)平均值作為儀器示值，Srmax=0.8%，因此CO 重復(fù)測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u5,rel(CO)=Srmax／=0.5%。

表4 O2 各校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定結(jié)果 %

根據(jù)檢定規(guī)程要求，在實(shí)際檢定中每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3 次，取算術(shù)平均值作為儀器示值，Srmax=2.2%，因此O2重復(fù)測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u5,rel(O2)=Srmax／=1.3%。

如上所示，由于4 種氣體重復(fù)性引入的不確定度大于儀器分辨力引入的不確定度分量，因此儀器的分辨力引入的不確定度可以忽略不計(jì)。

2.3.6 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于4 種氣體重復(fù)性引入的不確定度大于儀器分辨力引入的不確定度分量，因此儀器的分辨力引入的不確定度可以忽略不計(jì)。

由于管路吸附作用和儀器分辨率對(duì)甲烷氣體測(cè)量引入的不確定度分量可忽略不計(jì)［16］，只需合成其它3 個(gè)不確定度分量，因此CH4的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

擴(kuò)展不確定度：Urel(CH4)=kurel(CH4)=3.0%，k=2。

由于儀器分辨率對(duì)硫化氫氣體測(cè)量引入的不確定度可忽略不計(jì)［17］，因此H2S 的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

擴(kuò)展不確定度：Urel(H2S)=kurel(H2S)=5.0%，k=2。

由于儀器分辨率對(duì)一氧化碳?xì)怏w氣體測(cè)量引入的不確定度可忽略不計(jì)，因此CO 的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

擴(kuò)展不確定度：Urel(CO)=kurel(CO)=4.2%，k=2。

由于儀器分辨率對(duì)氧氣測(cè)量引入的不確定度可忽略不計(jì)［18］，因此O2的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

擴(kuò)展不確定度：Urel(O2)=kurel(O2)=3.4%，k=2。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的復(fù)合式氣體檢測(cè)報(bào)警器智能檢定裝置的擴(kuò)展不確定度小于5.0%（k=2）。其中：用于0～100%LEL CH4檢定的擴(kuò)展不確定度為3.0%（k=2）；0～100 μmol／mol H2S 檢定的擴(kuò)展不確定度為5.0%（k=2）；0～100 μmol／mol CO 檢定的擴(kuò)展不確定度為4.2%（k=2）；0～20.9%O2檢定的擴(kuò)展不確定度為3.4%（k=2）。設(shè)計(jì)的檢定裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠大大提高檢定工作的效率，另外裝置采用PLC 和上位機(jī)的控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)檢定過(guò)程自動(dòng)化測(cè)量，減少人為因素對(duì)檢定結(jié)果的影響。設(shè)計(jì)的氣路提高了測(cè)量穩(wěn)定性并且能夠保證標(biāo)準(zhǔn)氣體的準(zhǔn)確性。