淺談礦用氫氣傳感器的檢測方法

李娟

摘 要：礦用氫氣傳感器是煤礦常用的氣體檢測儀表，它能否正常工作性對于煤礦的安全生產有重要意義，因為需要對其進行全面檢測，看其技術指標能夠滿足煤礦礦用產品的相關要求。該文詳細闡述了礦用氫氣傳感器需要滿足的主要技術指標，結合工作實際，提出了一種煤礦用氫氣傳感器的檢測方法，工程實用證明：該方法簡單、高效、可靠，能夠有效地檢測礦用氫氣傳感器是否達標，提高檢測人員的工作效率和準確程度。該檢測方法不僅可以供實驗室檢測人員借鑒，也為設計制造礦用氫氣傳感器提供了重要參考。

關鍵詞：煤礦 氫氣傳感器 技術指標 檢測方法

中圖分類號：TB381 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0085-02

礦用氫氣傳感器用于煤礦井下使用時，必須要有安標證和防爆證，要取得這兩證，必須要去安標認可的實驗室做相關的試驗，該文主要介紹的就是礦用氫氣傳感器在檢驗機構的檢測方法。煤礦氣體傳感器的檢測通常是依據相應的AQ標準，如低濃度甲烷傳感器的檢測依據AQ6203-2006《煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器》，一氧化碳傳感器的檢測依據AQ6205-2006《煤礦用電化學式一氧化碳傳感器》等，但是礦用氫氣傳感器目前還沒有行業標準可依，因此該文介紹一種檢測方法供參考。

1 礦用氫氣傳感器的主要技術指標

礦用氫氣傳感器的檢測沒有行標，我們根據行標MT209-90《煤礦通訊、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》，并參考別的氣體傳感器的行標檢測要求，確定氫氣傳感器需要檢測的主要技術參數如下：

（1）工作電壓；工作電流。（2）測量范圍。（3）基本誤差：（建議滿量程誤差）。（4）輸出信號制式。宜選用如下信號制式：（1）電流型。（2）頻率型。（3）數字信號型。（5）傳輸距離：煤礦井下與傳感器配套使用的設備通常有分站和電源箱，因此需要檢測此指標，傳感器使用電纜的單芯截面積為1.5mm2時，傳感器與分站和電源箱的傳輸距離應不小于2km，分站的顯示值或傳感器輸出信號值（此處需要轉換為氫氣濃度值）應該在基本誤差范圍內。（6）響應時間：不大于60s（建議）。（7）報警功能。

2 主要技術指標的檢測方法

（1）試驗用氣樣和儀表。

①試驗需要用氣樣：一般來說，需要在礦用氫氣傳感器檢測范圍內平均選擇4個點，要準備4個點的氫氣標準氣樣，氣樣應采用國家計量部門考核認證的單位提供的氣樣，其不確定度不大于3%。②氣體流量計：測量范圍：30～300mL/min，準確度： 2.5級。③秒表：分度值為0.01s。④頻率計：0～1 000kHz，準確度：≤1×10-6。⑤直流穩壓電源：輸出電壓：0～30V，輸出電流：2A。⑥直流電流表。

（2）試驗線路。試驗線路如圖1。

（3）基本誤差、輸出信號試驗。

基本誤差測定裝置如圖1所示。在礦用氫氣傳感器檢測范圍內平均選擇4個點進行檢測。此處以測量范圍：（0～500×10-6）H2為例說明：

氣體按200mL/min的流量向傳感器依次通入新鮮空氣、125ppmH2、250ppmH2、375ppmH24種氣樣。每一種濃度的氣樣通入3min后，讀取傳感器顯示值和輸出信號值（此處需要轉換為氫氣濃度值）。這個過程要重復4次，然后取檢測后3次的算術平均值，均不應超過基本誤差的規定。

按式①計算誤差△（%）：

△=（Ai-An）×100/Am ①

式中：Ai—顯示值或輸出信號值的平均值；

An—標準氣體的H2含量；

Am--測量范圍。

（4）傳輸距離試驗。

傳輸距離試驗：將傳感器與關聯設備通過1.5mm2的模擬電纜，，記錄關聯設備的顯示值或輸出值（換算為氫氣值），重復測定4次，取后三次算數平均值與標準值差值。電纜參數：R=12.8Ω/km單芯、L=0.8mH/km、C=0.06μF/km。

（5）響應時間測試。

此處以測量范圍：（0～500×10-6）H2為例說明：首先向傳感器通入新鮮空氣，待傳感器零點顯示值穩定后停止通入空氣，立即通入375ppmH2，記錄傳感器的顯示值此即為標定值；然后再通入新鮮空氣，，待傳感器零點顯示值穩定后停止通入空氣，再通入375ppmH2，記錄傳感器的顯示值達到標定值90%所需要的時間；這個過程要重復3次，取其算術平均值。

（6）報警功能測試。

此處以測量范圍：（0～500×10-6）H2為例說明：將傳感器的報警點設置在125ppmH2，待傳感器零點顯示值穩定后，緩慢通入略大于設定值報警點氫氣濃度值的氣樣，當出現報警聲、亮光信號時，記錄此時傳感器的顯示值，同時計算設置的氫氣濃度值報警點與顯示值的差值。

①聲級強度試驗。

在周圍環境噪聲不大于50dB（A）的情況下，設定一個能使傳感器發出報警聲音的氫氣濃度值，將測試用的聲級計放在傳感器的報警聲響器軸心正前方1m處，測量三次，取其算術平均值。

②光信號觀測。

傳感器報警光信號能見度應在黑暗環境中距離傳感器20m處進行觀察。

3 礦用氫氣傳感器的環境適應性試驗

礦用氫氣傳感器的環境適應性試驗主要依據行標MT210-90《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品基本試驗方法》，并參考別的氣體傳感器的行標檢測方法確定。

（1）工作穩定性試驗。

此處以測量范圍：（0～500×10-6）H2為例說明：將調整好的傳感器放在氣體試驗室，連續運行7d，每隔24h通入250ppmH2（量程的一半）標準氣樣對礦用氫氣傳感器測量一次，記錄礦用氫氣傳感器顯示值和輸出信號值。試驗期間不得調整傳感器。按式②計算穩定性W（%）：

W=（Amax-Amin）×100/Am ②

式中：Amax—讀數最大值；Amin—讀數最小值；Am--測量范圍。

（2）風速影響試驗。

將傳感器懸掛于測試風洞中，在風速為零時傳感器的顯示值為基準點。然后將風速調整為8m/s，人為使傳感器繞懸掛軸線方向轉動，尋找傳感器受風速影響的位置。固定在此位置，每30s記錄1次傳感器顯示值，共記錄3次，取其算術平均值作為測定值。

（3）工作溫度試驗。

①低溫工作試驗。

按MT210-90第23章的規定進行，采用非散熱試驗樣品的溫度漸變的低溫試驗方法，傳感器通電，穩定2h后，通標準氣樣對礦用氫氣傳感器測量，測定傳感器基本誤差。以后每隔1h測定傳感器基本誤差一次，共3次。取其算術平均值作為測定值。

②高溫工作試驗。

按MT210-90第23章的規定進行，采用非散熱試驗樣品的溫度漸變的高溫試驗方法，傳感器通電，穩定2h后，通標準氣樣對礦用氫氣傳感器測量，采用測定傳感器基本誤差。以后每隔1h測定傳感器基本誤差一次，共3次。取其算術平均值作為測定值。

（4）其他試驗：礦用氫氣傳感器還需要做低溫貯存試驗、高溫貯存試驗、交變濕熱試驗、振動試驗、沖擊試驗、跌落試驗，上述試驗都可以按MT210-90規定的礦用產品試驗方法確定。

4 結語

該研究者根據自己檢測氣體傳感器的經驗，依據MT209-90《煤礦通訊、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》和MT210-90《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品基本試驗方法》，參考相關氣體傳感器的行標AQ6203-2006《煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器》，提出礦用氫氣傳感器的檢測要求及檢測方法，供實驗室檢測人員借鑒，也為設計制造礦用氫氣傳感器提供了參考。

參考文獻

[1] 宋柏，劉志軍.礦用氣體傳感器檢定裝置的研制[J].工礦自動化，2010（3）：81-84.

[2] 劉志軍.礦用氣體傳感器校驗裝置[C].中國計量協會冶金分會2009年年會論文集.唐山：中國自動化學會，2009.