擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器檢定校準(zhǔn)進(jìn)樣裝置

/ 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可燃?xì)怏w檢測報警器作為探測和預(yù)警可燃、有毒有害氣體泄漏的第一道防線越來越被廣泛使用于石油、天然氣加工等領(lǐng)域，可燃?xì)怏w檢測報警器示值的準(zhǔn)確可靠將直接關(guān)系到人們的生命、財產(chǎn)安全和環(huán)境安全等問題。而對可燃?xì)怏w檢測報警器定期進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，是確保儀器示值準(zhǔn)確可靠的重要途徑。

可燃?xì)怏w檢測報警器根據(jù)采樣方式可以分為擴(kuò)散式和吸入式，其中擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器需要環(huán)境中的可燃?xì)怏w擴(kuò)散至報警器，報警器才會產(chǎn)生響應(yīng)。在JJG 693-2011《可燃?xì)怏w檢測報警器》檢定規(guī)程中規(guī)定了可燃?xì)怏w檢測報警器的檢定方法和要求，對于擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器的檢定，要求利用管路將標(biāo)準(zhǔn)氣體通過儀器自帶的標(biāo)定罩傳入報警器的探頭（傳感器）。然而實際情況中泄漏的可燃?xì)怏w是通過自由擴(kuò)散的方式與報警器接觸的，因此，在檢定校準(zhǔn)過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器的實際使用情況。湯堯旭等人[1]設(shè)計了一種檢定輔助系統(tǒng)對擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器進(jìn)行檢定操作，并對比了該系統(tǒng)對檢定結(jié)果的影響，使用該系統(tǒng)在一定程度上為可燃?xì)怏w提供了自由擴(kuò)散的環(huán)境。李旦峰等人[2]設(shè)計了一種帶有皮膜的檢定用擴(kuò)散罩，對比之前的檢定用罩，帶有皮膜的擴(kuò)散罩確實能夠增加氣體擴(kuò)散的程度，同時響應(yīng)時間也有一定的增加。于霄鵬[3]自制現(xiàn)場檢定用擴(kuò)散罩，可適用于報警器不同大小的探頭，但未對擴(kuò)散罩材質(zhì)等問題進(jìn)行探討。周敏[4]使用標(biāo)定罩和其設(shè)計的檢定用罩對擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器進(jìn)行通氣試驗，兩者響應(yīng)時間存在差異。除了氣體自由擴(kuò)散問題，標(biāo)定罩設(shè)計方式的不同也會對擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器的檢定校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

針對以上問題，本文提出了檢定校準(zhǔn)進(jìn)樣裝置的改進(jìn)建議，為可燃?xì)怏w檢測報警器示值的準(zhǔn)確評價提供參考。

1 檢定校準(zhǔn)用進(jìn)樣裝置

1.1 可燃?xì)怏w檢測報警器原理

可燃?xì)怏w檢測報警器按原理可以分為催化燃燒式、紅外探測式和半導(dǎo)體式等[5]，其中催化燃燒式可燃?xì)怏w檢測報警器最為常見。催化燃燒式可燃?xì)怏w檢測報警器的傳感器主要通過惠斯通電橋發(fā)生作用[6]（如圖1），其惠斯通電橋由檢測元件（元件A）、溫度補(bǔ)償元件（元件B）以及兩個電阻（R1和R2）組成。檢測元件是一個耐熱合金絲圈與均勻涂布的超細(xì)微粒氧化催化劑燒結(jié)在一起的器件，其合金絲線圈的表面均勻涂布高活性氧化催化劑。當(dāng)檢測元件接觸到可燃?xì)怏w時，在電壓和催化劑的作用下產(chǎn)生無焰燃燒，檢測元件溫度升高，電阻變大。此電阻的變化會使惠斯通電橋回路兩端的電壓產(chǎn)生壓差，從而產(chǎn)生電流信號，電流信號的大小與可燃?xì)怏w濃度呈線性關(guān)系。

1.2 進(jìn)樣方式對示值的影響因素分析

圖1 惠斯通電橋

根據(jù)可燃?xì)怏w檢測報警器的傳感器原理可知，可燃?xì)怏w檢測報警器的示值大小取決于單位時間內(nèi)檢測元件表面接觸的可燃?xì)怏w分子數(shù)，因此，檢定校準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)氣體流量的大小會對示值產(chǎn)生一定的影響。在檢定校準(zhǔn)工作中，需要利用標(biāo)定罩將標(biāo)準(zhǔn)氣體強(qiáng)制擴(kuò)散到傳感器。如果標(biāo)準(zhǔn)氣體流量過大，則單位時間內(nèi)檢測元件表面接觸的可燃?xì)怏w分子數(shù)增多，惠斯通電橋回路兩端的壓差變大，示值誤差變大。同時，標(biāo)定罩的類型不同也會對示值產(chǎn)生影響，標(biāo)定罩主要分為三種。第一種包含出氣設(shè)計（槽或孔）；第二種包含進(jìn)氣口、出氣口雙向設(shè)計；第三種未包含明顯出氣設(shè)計。前兩者標(biāo)定罩在標(biāo)準(zhǔn)氣體流量大小超過一定閾值時會產(chǎn)生壓力從而影響儀器示值。使用第三種標(biāo)定罩進(jìn)行試驗，標(biāo)準(zhǔn)氣體通過流量控制器后可能會在傳感器表面產(chǎn)生一定的壓力從而影響儀器示值。

在JJG 693-2011中沒有對檢定校準(zhǔn)時所需標(biāo)準(zhǔn)氣體流量大小做出規(guī)定，同時某些報警器說明書內(nèi)也沒注明檢測所需標(biāo)準(zhǔn)氣體流量大小，因此，在實際的操作中，會由于個人理解不同造成檢定結(jié)果不統(tǒng)一；且不同廠家的標(biāo)定罩不同，安裝標(biāo)定罩工作不統(tǒng)一，這樣會增加可燃?xì)怏w檢測報警器的檢定校準(zhǔn)工作的復(fù)雜程度。同時在實際情況下，可燃?xì)怏w泄漏情況是氣體自由擴(kuò)散至傳感器使報警器產(chǎn)生響應(yīng)，這意味著檢定校準(zhǔn)過程與實際情況存在差異，這可能會對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

1.3 進(jìn)樣裝置

基于以上影響因素，本文提出了針對擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器檢定校準(zhǔn)工作用的擴(kuò)散罩。

根據(jù)使用方式，擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器分為固定式和便攜式。

針對便攜擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器，因其體積小，可以將其放入已經(jīng)充滿標(biāo)準(zhǔn)氣體的擴(kuò)散罩內(nèi)（如圖2），使標(biāo)準(zhǔn)體能夠通過自由擴(kuò)散的方式接觸到傳感器。使用擴(kuò)散罩除了能夠營造氣體自由擴(kuò)散的環(huán)境，讓報警器的檢測過程更符合實際情況，還可擴(kuò)大擴(kuò)散罩的尺寸以達(dá)到一次性完成多個便攜擴(kuò)散式氣體報警器檢測工作的目的，從而一定程度上提高檢定校準(zhǔn)工作的效率。

圖2 便攜擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器擴(kuò)散罩

固定擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器，由傳感器部分和顯示部分組成，因此，可以用擴(kuò)散罩將傳感器部分單獨籠罩（如圖3），只需注意傳感器與擴(kuò)散罩之間接觸的氣密性材料能夠保持良好的密封性，保證擴(kuò)散罩內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度。由于固定擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器所處環(huán)境相對惡劣，經(jīng)常會出現(xiàn)探頭的防塵網(wǎng)布滿灰塵或者生銹等情況，傳感器的透氣性變差，環(huán)境中泄漏的可燃?xì)怏w很難被傳感器檢測到。若使用標(biāo)定罩對傳感器強(qiáng)行通氣，則會導(dǎo)致檢定校準(zhǔn)結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，因此，對固定擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器的檢定校準(zhǔn)中使用擴(kuò)散罩更為重要。同樣，該擴(kuò)散罩也可以在一定程度上做到一次性完成多個報警器的檢測工作。

圖3 固定擴(kuò)散式可燃?xì)怏w檢測報警器擴(kuò)散罩

擴(kuò)散罩的設(shè)計和使用要求：1）需要保證其氣密性，所使用的材料要求不與標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生反應(yīng)或吸附作用，保證擴(kuò)散罩內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度保持不變。2）因需模擬實際大氣環(huán)境，擴(kuò)散罩內(nèi)部的氣體壓強(qiáng)應(yīng)與大氣環(huán)境的壓強(qiáng)保持一致。在將標(biāo)準(zhǔn)氣體通入擴(kuò)散罩時，應(yīng)當(dāng)充分考慮通氣流量大小的合理性以避免影響擴(kuò)散罩內(nèi)壓強(qiáng)大小。3）擴(kuò)散罩內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度大小可以利用內(nèi)置的吸入式可燃?xì)怏w分析儀進(jìn)行監(jiān)測，或利用外置吸入式可燃?xì)怏w分析儀循環(huán)式監(jiān)測（吸入式可燃?xì)怏w分析儀器的泵流量大小應(yīng)盡可能小，以減少擴(kuò)散罩內(nèi)部氣體擾動）。吸入式可燃?xì)怏w分析儀在使用前應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)氣體對其進(jìn)行標(biāo)定和記錄示值，分析儀器的分辨力應(yīng)能達(dá)到0.01%。

2 結(jié)語

可燃?xì)怏w檢測報警器作為安全防護(hù)的第一道防線在工業(yè)安全生產(chǎn)方面的作用越來越大，因此，如何更加科學(xué)準(zhǔn)確地對可燃?xì)怏w檢測報警器進(jìn)行檢定校準(zhǔn)工作也變得越來越重要[7][8]。本文所設(shè)計的擴(kuò)散罩能夠為氣體提供自由擴(kuò)散的環(huán)境，消除標(biāo)準(zhǔn)氣體流量和標(biāo)定罩對示值的影響，同時也能夠統(tǒng)一工作方式，消除工作方式不同帶來的誤差。