CD4型礦用多參數(shù)氣體測定器校準研究

Research on Calibration of CD4 Multi-parameter Gas Detector for Mining

LIU Guo-qiang ZHU Lin-kai （Zunyi Product Quality Inspectionand Testing Institute）

Abstract：This paper conducts calibrationandresearch on theresultsofmulti-parameter gas detectors used in coal mines for methane，carbonmonoxide，oxygenand hydrogen sulfide gases，toensure thereliabilityof thecalibration resultsandthevalidityof the measurement results.Thecalibration is mainlybasedonthe verificationregulations of the four gases，and the calibration is carried out in accordance with the methods inthe gas regulations.The equipment used inthetestis theCD4 Multi-parameter Gas Detector producedby Henan Zhuoan Electronic Technology Co.，Ltd. This detector iscarried bythepersonnelinthemine，and itsreliabilityandstabilitycanbetter protectthesafetyof the personnel in the mine.According to the actualapplication scenarios of the detector in the mine，the experimentof the simultaneous introductionofthe four gases has beencarriedout，which is more in line with the actual useand can provide suggestions for future multi-scenario use.

Keywords：carbonmonoxide，oxygen，methane，hydrogensulfide，calibration

0 引言

有毒氣體的檢測越來越引起礦方的重視，以期能更好地保證工作人員的生命安全]。

為了更好地保障煤礦井下的安全生產(chǎn)，國家明確要求相關工作人員必須配備便攜氣體測定器，但在煤礦井下除了甲烷氣體外，還存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體，因此對井下一氧化碳、硫化氫等

國內現(xiàn)有的多氣體檢測系統(tǒng)，CD4檢測儀以其體積小、測量精度高以及便攜度高等優(yōu)越性能應用最廣，它可以檢測甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫各個氣體濃度[2]。國外的檢測系統(tǒng)具有多種實用功能，能夠檢測多參數(shù)的氣體，而且引入了無線技術，實現(xiàn)了惡劣環(huán)境下的檢測，極大程度上彌補了國內大多數(shù)檢測系統(tǒng)采用有線傳輸引起的布線復雜和檢修麻煩等缺點[3]。但國外的礦井結構、環(huán)境同國內的不同，因此，我國國內研究人員需要更多地對基于本國煤礦行業(yè)的多參數(shù)氣體檢測系統(tǒng)進行探究[4]

本文旨對煤礦用多參數(shù)測定器的校準方式方法進行探討，4個參數(shù)的校準都是根據(jù)以往的檢定規(guī)范進行，也對未來多參數(shù)的類型及校準方法進行一定考量。

1 校準依據(jù)

JJG678—2007《催化燃燒式甲烷測定器檢定 規(guī)程》、JJG1087—2013《礦用氧氣檢測報警器檢 定規(guī)程》、JJG1093—2013《礦用一氧化碳檢測報 警器檢定規(guī)程》、JJG695—2003《硫化氫氣體檢測 儀檢定規(guī)程》。

1.1環(huán)境條件

（1）溫度 （15^°C～35^°C ；相對濕度 （45%～75%） 。（2）應無影響檢測報警器正常工作的氣體和電磁場干擾，應配備必要的防爆和通風設施。

1.2校準用設備

氣體標準物質： 空氣中甲烷氣體標準物質：采用濃度約為

0.5×10^-2mol/mol. 1.0×10^-2mol/mol ， 1.5×10^-2 mol/mol ， 3.0×10^-2mol/mol ， U_rel=2.0% k=2

氮中氧氣體標準物質：采用濃度約為 5.0×10^-2 mol/mol， 10.0×10^-2mol/mol ， 17.0×10^-2mol/mol 21.0×10^-2 mol/mol ·U_rel=1% ， k=2

空氣中一氧化碳氣體標準物質：采用濃度為20×10^-6mol/mol，35×10^-6mol/mol， 500×10^-6 mol/mol ， 800×10^-6mol/mol ， U_rel=2% ， k=2

氮中硫化氫氣體標準物質：采用濃度為 20.0×10^-6mol/mol，50.0×10^-6mol/mol，80.0×10^-6mol/mol mol/mol ， U_rel=2% ， k=2 ·

零點氣：高純氮氣，純度不低于 99.999% ；氣體流量計：測量范圍為 （0～600）mL/min_?

1.3計量性能要求

示值誤差如表1所示。

2 被校準儀器

本次校準采用的是CD4型礦用多參數(shù)氣體測定器，廠家是河南卓安電子科技有限公司。如圖2所示。

該儀器量程為：

CH₄ 0-4.00×10^-2 mol/mol; CO： 0-1000×10^-6mol/ mol; H₂S . 0-100×10^-6mol/mol O₂ 0-25.0×10^-2 mol/mol

3 校準方法

多參數(shù)測定器采用本機電源，校準前應充足電，按照圖1的方式通入氣體。

甲烷校準：打開測定器后，儀器預熱時間不少于 15min 。按說明書要求的流量（ 200±10mL/ min ），用清潔空氣校準儀器零點，通入 1.0×1^0-2mol/ mol氣體標準校準儀器示值（此后不再進行校準工作），按儀器說明書要求的流量，分別通入約為0.5×10^-2mol/mol ， 1.5×10^-2mol/mol ， 3.0×10^-2mol/ mol的氣體標準物質，讀取儀器穩(wěn)定示值。每點做3次，取其算術平均值為儀器各點示值5。按公式（1）和公式（2）計算示值誤差，其結果不能超過表1的規(guī)定，將實驗結果填入表2中。

—3次示值的平均值。

XO 通入氣體標準物質的濃度值。

一氧化碳校準：按圖1的方法通入高純氮氣校準儀器的零點；通入 500×10^-6mol/mol 的一氧化碳氣體標準物質校準檢測報警器的示值（以下簡稱測定器）；零點和示值分別校準3次，在此后的檢定過程中不得再次校準。按測定器說明書要求的流量，分別通入濃度值約為 20×10^-6mol/mol 、 350×10^-6mol/ mol、 一氧化碳氣體標準物質，讀取儀器穩(wěn)定示值[。每點測量3次，取其算術平均值為儀器各點示值。按式（1）或式（2）計算示值誤差，將實驗結果填入表2中。

氧氣校準：按照圖1所示，通入高純氮氣調整零點，通人 17.0×10^-2mol/mol 左右的氮中氧氣體標準物質調整示值；零點和示值分別調整3次，在此后的檢校準過程中不得再次調整。按儀器說明書要求的流量，分別通入摩爾分數(shù)約為 5.0×10^-2 mol/mol、10.0×10^-2mol/mol， 21.0×10^-2mol/mol. 左右的氮中氧氣體標準物質，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄儀器的示值]。每點測量3次，取其算術平均值為儀器各點的示值，按公式（1）和公式（2）計算各點的示值誤差，將實驗結果填入表2中。

硫化氫校準：按圖1的方法通入高純氮氣校準儀器的零點；通入 50×10^-6mol/mol 的硫化氫氣體標準物質校準測定器的示值，零點和示值分別校準3次，在此后的檢定過程中不得再次校準。按測定器說明書要求的流量，分別通入濃度值約為 20×10^-6mol/ mol、 50×10^-6mol/mol 80×10^-6mol/mol 的硫化氫氣體標準物質，讀取儀器穩(wěn)定示值8。每點測量3次，取其算術平均值為儀器各點示值。按式（1）或式（2）計算示值誤差，將實驗結果填入表2中。

本次實驗校準的4個氣體都是單獨進行校準的，沒有其他氣體干擾，校準結果符合校準的誤差范圍，說明本次校準結果準確。但是在煤礦實際運用中，并沒有實驗室中的理想條件，尤其在煤礦井下特殊的環(huán)境，多種氣體共存，對測定器的影響很大，為了進一步探究多種氣體混合的影響，延伸實驗的可靠性，利用多種氣體進行探究。

該實驗是為了探究甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫同時存在對儀器校準結果的判定。與上面的校準采取同樣的方式。

多氣體的校準：按圖1的方法通入高純氮氣校準儀器的四種氣體零點，分別調零點，按測定器說明書要求的流量，采用四根流量管道對設備的4個通道同時通入4種不同濃度（見表3）的氣體，如圖2所示，將實驗結果填人表3中（實驗室測量結果）。

由表3可知，當多種氣體同時檢測時，其中的硫化氫氣體的示值誤差超過該氣體的最大誤差范圍，說明多種氣體檢測時，存在影響，尤其對非礦用類的多參數(shù)檢測，如平時常見的酒廠多參數(shù)設備。

4結語

本次實驗的結果只對本次實驗負責，在分別對4個氣體單獨進行校準時，校準結果符合要求，說明該款測定器在校準后，能夠正確測量4種氣體的濃度值，當多種氣體同時檢測時，硫化氫的測量存在示值超差，因此，建議在需要使用4種氣體測量時，硫化氫需要單獨測量，這樣數(shù)值才能更準確，礦井設備中，很少需要對硫化氫氣體進行測量，這種測定器能滿足礦井人員的使用要求，保障安全生產(chǎn)的正常進行。對于非礦用類行業(yè)對于多參數(shù)的使用，需更加留意，同時也對廠家的商品給出改良建議，建議對多種氣體同時檢測時，出廠設備能夠多次試驗，保證測定器的正常工作。

參考文獻

[1] 王鴻建.礦用便攜式多參數(shù)檢測儀的研究與設計[J].電子世界，2013（20）：135-136.

[2] YUANY，LIZ，YANR，etal.Design of wirelessmonitorsystembased on zigBee technology[C]//InternationalConference on Advanced Design and ManufacturingEngineering.2015.

[3] 張少華.我國煤礦安全事故多發(fā)的原因及對策研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（26）：106-106

[4] 梁釗銘.礦用多氣體濃度檢測系統(tǒng)的研究與設計[D].南京：南京航空航天大學，2017.

[5]催化燃燒式甲烷測定器檢定規(guī)程：JJG 678—2007[S].2007.

[6]礦用一氧化碳檢測報警器檢定規(guī)程：JJG1093—2013[S]. 2013.

[7]礦用氧氣檢測報警器檢定規(guī)程：JJG1087—2013[S].2013

[8]硫化氫氣體檢測儀檢定規(guī)程：JJG695—2003[S].2003.

作者簡介

劉國強，本科，助理工程師，研究方向為氣體的校準與檢定。朱麟凱，通信作者，本科，工程師，研究方向為計量檢定校準。

（責任編輯：張瑞洋）