淺談流量對氣體報警器檢定示值的影響

【摘 要】 通過對現有一氧化碳氣體和可燃氣體檢定裝置進行改造，選擇空氣中一氧化碳氣體標準物質和空氣中異丁烷氣體標準物質，在不同氣體流量的情況下對多種型號報警器進行實驗，得到大量實驗數據，分析探討氣體標準物質流量的大小，在檢定過程中對氣體報警器示值變化的影響。

【關鍵詞】 流量變化 示值變化 氣體報警器

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.01.003

1 研究意義

在JJG 915-2008《一氧化碳檢測報警器》檢定規程和JJG 693-2011《可燃氣體檢測報警器》檢定規程中對氣體流量的要求是穩定在某一區間某一流量點上恒定不變，而這個區間一般是由生產廠家或相關的資料來獲取。在實際工作中，我們發現對于不同類型型號的報警器，流量的變化對報警器示值的影響量是有區別的。利用現有的資源，經過選擇設計實驗方案，研究氣體流量對于不同報警器的影響，以期在以后的工作中有所指導。

本項目利用現有的計量資源，不需要過多的投入，對流量這個影響因素在檢定過程中的作用進行探索，為提高報警器的檢定工作質量提供依據。

2 國內研究現狀

一氧化碳氣體檢測報警器和可燃氣體報警器廣泛應用于冶金、機械、化工等行業，對環境中有毒有害、易燃易爆氣體的濃度的動態檢控起到了至關重要的作用。國家檢定規程JJG 915-2008《一氧化碳檢測報警器》和JJG 693-2011《可燃氣體檢測報警器》嚴格規定了報警器的檢定方法。為保證報警器的有效工作，實時動態監控環境氣體質量，保障人身安全，創建和諧社會起到了重要作用。

國家檢定規程對檢定過程中流量的控制未作出具體詳細的規定，JJG 915-2008之5.3.2條款規定“使用流量控制器控制標準氣體的流量。檢定擴散式儀器時，流量應根據儀器說明書的要求，如果儀器說明書沒有明確要求，則一般控制在（200±50）mL/min范圍；檢定吸入式儀器時，必須保證流量控制器中的旁通流量計有流量放空?！盝JG 693-2011之5.3.6條款也有相似的規定。在實際工作中，由于現場環境或使用的流量計的分度值的限制無法嚴格控制在此區間，或由于現場環境不宜控制在此區間，或由于氣體壓力變化流量有所波動，往往造成流量不能嚴格控制在要求的范圍內；我們在工作中，發現各種傳感器對流量的敏感程度不一致，更為重要的是，上述兩個規程更新前后版本的主要變化之一是對流量控制器的強調，因此有必要對這一影響因素進行研究。

根據查新和查詢有關技術要求，大部分廠家在說明書中對流量有不同的要求，雖然在所要求的區間附近流量對報警器的示值影響不顯著，但為了嚴格按照檢定規程進行工作，有必要對常用的各種報警器的流量波動影響因素進行研究。目前查不到有關具體數據，顯然，此項研究結果在實際工作中有著重要的意義。

3 研究內容

本項目就是研究氣體標準物質的流量大小對報警器示值的影響，通過對大量實驗數據進行歸納分析，得出具體影響結果。實驗步驟如下：

（1）改進檢定裝置，考察標準裝置實驗數據的重復性、穩定性。

購置了江蘇泰州祥云儀表有限公司生產的準確度為2.5級，量程分別為（0.6-6）L/min、（1-10）L/min和（1-15）L/min的流量計，對現有一氧化碳檢定裝置和可燃氣體檢定裝置進行了改進，增大了對流量的測量控制范圍，以滿足實驗設計的要求。

實驗設備改造完成后，對檢定裝置的重復性和穩定性進行了考核。選擇兩種濃度一氧化碳氣體標準物質對一氧化碳檢定裝置在兩種不同流量的四種情況下，分別進行重復性實驗。選擇一種濃度異丁烷標準物質對可燃氣體檢定裝置在兩種不同流量的情況下，分別進行重復性實驗。

（2）報警器的選型，要符合使用數量大、具有代表性、性能穩定的要求。我們選用了日常檢定工作中常用的、新近出廠的、具有良好穩定性的4種型號一氧化碳報警器，共12件，2種型號可燃氣體報警器，共6件。

（3）通過改進后的檢定裝置，對一氧化碳檢測報警器和可燃氣體檢測報警器進行實驗。

一氧化碳報警器實驗：選擇四種常用的不同型號報警器各三臺，流量控制器的連接方式為擴散式安裝，將選取的氣體標準物質和流量控制器進行連接，放置至穩定。

根據檢定規程和儀器使用說明書及相關參數要求，對選取的同種型號的三臺實驗報警器進行預熱穩定以及零點和示值調整。在選取的同一濃度氣體標準物質檢定點，參照國家檢定規程，對選取的同種型號的三臺一氧化碳報警器，依次通入流量為（0、50、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000）mL/min的氣體標準物質，待示值穩定后記錄相應流量報警器的示值。

每個檢定點重復測量三次，取平均值作為該檢定點的測量數據，選取的三個檢定點，全部進行實驗測量。對選取的其他三種型號的實驗報警器重復以上操作，記錄下相應實驗數據。共對12臺報警器，進行了2484次實驗，得到數據表格4個，數據圖形12個。

可燃氣體報警器實驗：選擇兩種常用的不同型號報警器各三臺，流量控制器的連接方式為擴散式安裝，流量控制器必須安裝旁通流量計，將選取的氣體標準物質和流量控制器進行連接，放置至穩定。

根據檢定規程和儀器使用說明書及相關參數要求，對選取的同種型號的三臺實驗報警器進行預熱穩定以及零點和示值調整。在選取的同一濃度氣體標準物質檢定點，參照國家檢定規程，對選取的同種型號的三臺可燃氣體檢測報警器，依次通入流量為（0、50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000）mL/min的氣體標準物質，待示值穩定后記錄相應流量報警器的示值。

每個檢定點重復測量三次，取平均值作為該檢定點的測量數據，選取的三個檢定點，全部進行實驗測量。對選取的其他型號的實驗報警器重復以上操作，記錄下相應實驗數據。共對6臺報警器，進行了1242次實驗，得到數據表格2個，數據圖形6個。

（4）通過對實驗獲取的大量數據進行歸納分析，總結出實驗結論。

本項目的實驗過程是在排除對報警器示值有影響的其它因素的情況下進行的，即選用的實驗氣體標準物質為國家二級標準物質，實驗人員具有豐富的相關檢定經驗，選取的實驗報警器是新近出廠的、性能穩定的報警器，實驗室的溫濕度都符合國家規程要求且基本穩定。

4 實驗總結

本項目通過對使用廣泛的4種不同型號的一氧化碳檢測報警器和2種不同型號的可燃氣體檢測報警器，進行氣體標準物質流量—報警器示值曲線實驗，得到德國德爾格、加拿大BW、美國450、美國華瑞PGM1700四種常用的擴散式一氧化碳檢測報警器測量流量-示值變化曲線和加拿大BW、美國霍尼韋爾兩種常用的擴散式可燃氣體檢測報警器測量流量-示值變化曲線。

通過對實驗數據進行分析，對于所選的一氧化碳檢測報警器和可燃氣體檢測報警器，可得出以下結論：

（1）氣體標準物質的流量大小對檢定示值是有影響的，在不同的流量區間，其影響的顯著程度是不同的。隨著流量不斷增大，檢定示值也不斷增大，在一定流量區間，比如一氧化碳檢測報警器流量區間（150-1000）ml/min，流量-檢定示值曲線的斜率變化是相對平緩的；可燃氣體在（200-1000）ml/min，流量-檢定示值曲線的斜率變化幾乎是一條直線。

（2）氣體標準物質的濃度不同，流量大小對檢定示值影響的顯著程度也是不同的。小濃度的氣體標準物質因氣體流量大小的變動量較大，不宜使用為標定點，建議使用濃度較大氣體標準物質進行報警器的標定。

（3）所選一氧化碳報警器按照國家檢定規程建議范圍即（200±50）ml/min時，流量給實驗報警器檢定帶來的影響大部分在±1%以內。對于有些技術參數或說明書特別要求流量區間的，按照要求控制流量，建議采用標定時所采用的流量區間。氣體標準物質的流量不在檢定規程或技術要求的區間時，即氣體標準物質的流量控制過低（0-200）ml/min或者過高（1000-10000）ml/min時，流量給檢定裝置帶來顯著影響，在計算測量不確定度時需要考慮進去。

所選可燃氣體報警器的氣體標準物質的流量應控制在（200-1000）ml/min時，流量對于測量結果的影響可以忽略不計。氣體標準物質的流量不能控制此區間時，即氣體標準物質的流量控制過低（0-200）ml/min或者過高（1000-10000）ml/min時，流量給檢定裝置帶來顯著影響。

（4）實驗選用的一氧化碳檢測報警器和可燃氣體檢測報警器，其傳感器雖然由于材質和有關技術參數不同，數據曲線有一定差別，但它們能夠保持良好的線性，并且趨勢基本相同。