可燃氣體檢測報警器檢定的探討

趙愛軍

（深圳市計量質量檢測研究院，廣東 深圳 518000）

由于氣體本身存在的擴散性，發生泄漏之后,在外部風力作用下,可燃氣體會沿地表面迅速擴散，形成燃燒爆炸或毒害危險區，擴大危害區域二這類事故具有突發性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點。一旦發生可燃氣體泄漏事故，必須盡快采取相應措施進行處置，才能將事故損失降到最低。及時可靠地探測空氣中可燃氣體的含量，及時采取有效措施進行補救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發的事故，是避免造成重大財產和人員傷亡的必要條件。這就對可燃氣體的檢測和監測設備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體報警器，近年來得到了廣泛的使用。

1 可燃氣體檢測報警器的原理

可燃氣體檢測報警器是由氣敏元件加化學催化劑制成小米球狀微孔體，由兩個球狀微孔組成惠斯登電橋的4個臂，分別為檢測元件（M)及補償元件（C）由兩個精密電阻組成電橋外加的兩個臂。其中補償元件 (C)由金屬罩密封，對可燃氣體不敏感。檢測元件(C)由帶孔的金屬罩保護，對可燃氣體敏感。電橋由高精度恒流電源供電，原理電路如圖1：

圖1 測量原理圖

當空氣與可燃氣體混合并接觸檢測元件（M）時,受氣敏元件和化學催化劑的雙重活性作用，加速并增強燃燒過程，在球狀微孔中產生低溫無焰燃燒從而發出必要的燃燒熱，此熱量足以使氣敏元件的電阻急劇升高，使電橋失去平衡，在N，O兩端產生不平衡的電位，即為輸出信號，這就是化學量到電量的轉換過程。不同的可燃氣體在等體積、等濃度的條件下燃燒產生的熱量是不同的，從原理上，測得其燃燒值即可得知被測可燃氣體的濃度。當濃度達到事先設置好的濃度時，即可發出聲光報警或控制信號，以提示操作人員采取安全對策或自動控制有關自動化安全裝置。

2 可燃氣體檢測報警器分類

一般來說，可燃氣體檢測報警器使用的氣體傳感器主要有半導體傳感器、絕緣體傳感器、電化學式，還有紅外吸收型、熱傳導型傳感器。實際工作中，我們檢測的報警器主要是接觸燃燒式和電化學式氣體傳感器。

2.1 催化燃燒式傳感器

當易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式。傳感器工作溫度在高溫區，目的是使氧化作用加強。氣體燃燒時釋放出熱量，導致鉑絲溫度升高，使鉑絲的電阻阻值發生變化，將鉑絲電阻放在一個電橋電路中，測量電橋的輸出電壓即可反應出氣體的濃度。其特點是：

①對可燃性氣體爆炸下限以下濃度的氣體含量，其輸出信號接近線性；

②對于每個氣體成分的相對靈敏度來說，它與相對分子質量或分子燃燒熱成正比；

③對不可燃氣體沒有反應，只對可燃性氣體有反應；

④不受水蒸氣的影響；

⑤一定要有氧氣參加反應。

2.2 電化學式氣體傳感器

電化學式氣體傳感器是一種化學傳感器，這里主要介紹常用的恒電位電解法原理。其結構主要是在電解池內安裝三個電極，即工作電極、對電極和參比電極；并施以一定的極化電壓，被測氣體透過多孔四氟乙烯薄膜到達工作電極，發生氧化還原反應，傳感器此時將有相應的電流輸出，此電流與被測氣體的濃度呈一定的函數關系，這個電流信號經采樣變為電壓信號放大后，經電壓/電流轉化電路，將變化的電壓信號變為電流信號輸出給主機。它的特點是傳感器體積小，重量輕且具有極高的靈敏度，在低濃度下線性度較好。例如一氧化碳氣體濃度的測量范圍可以為10-6～10-4。用這種原理測量的有毒氣體還有氯化氫、砷化氫、氯氣、氟化氮、磷化氫等。

3 可燃氣體檢測報警器的測定

3.1 標氣物理化學特性的選擇

對報警器的檢定僅知道其工作原理是遠遠不夠的，還要根據標氣的化學和物理特性，以下兩點對于示值誤差的檢測影響非常大，應引起特別注意：

（1）標氣減壓裝置的選擇：對于無吸附性、無腐蝕性的標準氣體，可以采用帶壓力表和流量計的普通型標氣減壓閥；而對于有腐蝕性、有吸附性的標準氣體，則最好采用不帶減壓器的針形微調閥，材質應該選用不銹鋼。

（2）標氣管路的選擇：對于無吸附性、無腐蝕性的標準氣體，可以采用普通的PE管；對于有腐蝕性、有吸附性的標準氣體，要根據不同的氣體性質采用銅管、不銹鋼管、聚四氟乙烯管；而對于含硫的標準氣體和樣品氣體最好采用內涂石英的不銹鋼管或硫鈍化不銹鋼管，使用內涂石英的不銹鋼管時不能對管線任意彎曲。另外，擴散罩的選用也要根據以上標氣特性適當選擇玻璃、不銹鋼等材質的。

3.2 可燃氣體檢測報警器測定的原則

根據以上兩種傳感器的工作原理和特點，結合我們對標氣物理化學特性對于檢測影響的了解，在日常檢定工作中，建議遵循以下幾點原則：

（1）可燃氣體的種類非常多，一般有天然氣、液化氣、煤氣、戊烷、炔類等；有毒有害氣體的種類則有一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、氨氣、氯氣、硫化氫、苯類物質等。在檢定報警器前首先要拿到報警器說明書，大致確定其工作原理、量程等信息。再者就是詢問使用單位的報警器所要監測的氣體種類、顯示量程和單位，檢定人員可以根據以上信息作出初步判斷，選擇所要攜帶的標氣種類。檢定時應采用與被測氣體種類相同的標準氣體，對通用型報警器則可采用異丁烷和丙烷等有代表性的標準氣體。對于非通用型報警器，假如所使用的標準氣體和報警器所測氣種不相同，一般不要輕易判斷被檢報警器合格與否。

（2）現場檢定前，檢定人員首先要對報警器是否正常工作作出準確的判斷。通標氣后報警器沒有反應，要看看探頭是否有雜物堵塞，若有則可用壓縮空氣吹掉；另還應檢查標氣種類是否選擇正確，線路或工作狀態是否有故障或探頭傳感器是否已失去作用。針對接觸燃燒式傳感器，可以用一個拆去打火裝置的液體打火機在探頭附近來回晃動并短暫打氣，看報警器是否有數值顯示，若有則可判斷傳感器可以工作；若無反應則基本可判斷傳感器失去作用，需要更換。

（3）若判斷報警器可以工作，再嚴格按照JJG693-2011《可燃氣體檢測報警器》檢定規程進行檢定。在注意以上兩點的基礎上，還要注意在轉換標氣濃度后首先對減壓裝置里的死體積部分進行充分的氣體置換，然后對管路里的殘余氣體進行短時間的吹掃。對于一些報警限設置較低的報警器，它的報警低限在有些重點單位可能會設置到2%LEL（或者2×10-4）左右，對于這種情況，要根據規程的要求考慮配置低于報警限、在報警限數值附近和高于報警限三種濃度的標氣來進行檢測，只有這樣檢測才有意義。

（4）關于標氣流速的選擇，一般應選擇在500mL/min左右，個別報警器要求在350mL/min左右。在個別管路較長的情況下，為了在探頭處得到合適的標氣流速，要適當加大減壓裝置的流速設置。另外，在每次使用管子的時候要注意它的氣密性，防止由于管路的漏氣造成數值的不真實顯示。

（5）使用溫度的要求：由于標準氣體的配制壓力受組分飽和蒸氣壓的影響，有些氣體壓力配制往往很低，對于這一類氣體要求氣體的使用溫度要高于15℃；如果房間溫度過低，那些不易氣化的組分會凝聚在鋼瓶內壁上，這樣標氣的濃度就會發生很大的變化；對于從低溫處取來的標準氣瓶一定要在溫度高于15℃的房間里放置一段時間，以便凝聚于鋼瓶內壁上的組分完全氣化。

結束語

總之，在化工使用和生產過程中，可燃氣體報警器檢定是一項比較復雜的工作，需要我們檢測人員的不斷學習和交流，嚴格按照檢定規程，及時掌握報警器發展的最新動態，只有這樣我們才能科學、準確的做好檢定工作。

[1]張寶良，可燃氣體檢測報警器檢定規程中有關問題探討[J].工業計量，2007.02.