氣體檢測儀在線計量裝置研制

田郁郁，姚 堯，程 鵬

(天津市計量監督檢測科學研究院，天津 300192)

1 概 述

隨著化學工業的快速發展，易燃易爆及有毒有害氣體種類隨之增加，及時獲知空氣中目標氣體的含量對避免爆炸、中毒事故非常重要。因此，各類氣體檢測儀被廣泛應用于環境監測中，其量值準確與否事關人民生命財產安全。

氣體檢測儀的計量方式主要有兩種：離線計量與在線計量。離線計量，即將氣體檢測儀拆卸，在實驗室中進行計量。此種方式有以下兩點不足：第一，氣體檢測儀與生產裝置之間通常存在著復雜的耦合關系，拆卸過程中稍有疏漏，便會造成生產設備停止運行，造成不可逆的損失，且氣體檢測儀使用的工況、環境復雜，拆卸的工作難度高、強度大。第二，若將氣體檢測儀拆除，將無法及時獲知生產現場有毒有害、易燃易爆氣體的泄漏狀況，存在巨大的安全隱患。因此，用于生產環境監測的氣體檢測儀多采用在線計量方式[1-2]。

2 計量方式現狀調查

傳統的在線計量方式需一名計量人員親至氣體檢測儀安裝處，通入氣體標準物質，由另一名計量人員在報警控制器一端觀測示值及報警狀況。此種方式有以下三點不足：第一，在化工、鋼鐵等工廠現場，一些氣體檢測儀安裝位置高，計量人員的高空作業具有一定的危險性。有時受管路遮擋，天梯、升降車無處安放，無法觸及目標儀器[3]；第二，計量氣體檢測儀通常需要3個濃度值的氣體標準物質，而一名工作人員無法同時攜帶3個濃度值的氣體標準物質進入檢測現場，因此造成檢定效率低下；第三，計量每種量程的氣體檢測儀需要有相匹配濃度值的氣體標準物質，市面銷售的氣體標準物質不能覆蓋所有濃度，造成某些氣體檢測儀無法計量，留有安全隱患[4-5]。

3 結構設計

3.1 主體結構

一種移動式可升降的氣體檢測儀在線計量裝置示意圖如圖1所示。

圖1 計量裝置示意圖

主體結構包括一臺移動車7，移動車內安裝有一縱桿6，該縱桿內部中空，縱桿內套裝有一探測桿5，該探測桿可相對于縱桿上下移動。探測桿的上端安裝有一集氣罩1，集氣罩制有開口。移動車內搭載有氣體動態稀釋裝置9、零點氣體發生裝置11和氣體標準物質10，其中零點氣體發生裝置和氣體標準物質的出氣端通過一個三通和氣體動態稀釋裝置的進氣端導通，該氣體動態稀釋裝置的出氣端和探測桿下端導通。探測桿上端安裝的集氣罩用于套裝在待檢的氣體檢測儀的探頭外部，進而將氣體動態稀釋裝置的出氣端和待檢的氣體檢測儀的探頭導通。

3.2 稀釋裝置

氣體動態稀釋裝置采用氣體動態稀釋儀，其進氣端安裝三通。三通采用高速三通電磁閥，其優選內置在氣體動態稀釋儀內部，高速三通電磁閥采用微處理器進行控制，以此來調節取氣后氣體濃度的配比。動態稀釋裝置采用質量流量混合法，使用多個質量流量控制器準確控制流量，可動態稀釋高濃度氣體標準物質獲得所需低濃度樣品。

零點氣體發生裝置包括一個壓縮機，在該壓縮機的出氣端安裝有穩壓裝置和控溫裝置，在穩壓裝置的出氣端安裝有凈化裝置，凈化裝置包括順次安裝的過濾器、活性炭室和變色硅膠室。

3.3 探測桿

探測桿為兩段式結構，其下端內部為實心結構，上端內部為中空結構。實心結構的部分套裝在縱桿內部，為便于調整探測桿伸出的長度，在縱桿側壁制出一個通槽，位于該通槽位置的探測桿外壁制出銷鍵8，該銷鍵為手柄狀嵌在通槽內。探測桿中空結構的下端位置，在其側壁內一體制出一個接頭4，接頭通過柔性管和氣體動態稀釋裝置的出氣端導通。

3.4 集氣罩

集氣罩安裝于球頭3的頂部，球頭外壁制有通孔。探測桿的上端一體安裝有一萬向槽，球頭與萬向槽嵌合。萬向槽和探測桿連通，集氣罩經球頭和萬向槽與探測桿上端導通[6]。

集氣罩為漏斗狀，其敞口位置包覆有一層橡膠薄膜12，橡膠薄膜中部制出十字開口13，俯視圖如圖1所示。

集氣罩的側壁外周均勻間隔安裝有多個廢氣收集閥2，位于集氣罩外部的為廢氣收集閥的進氣端。廢氣收集閥的出氣端套裝有氣球或氣囊等收集裝置。

4 操作實例與分析

本計量裝置使用時，操作人員首先根據待檢氣體檢測儀的探頭位置調整探測桿的高度以及集氣罩的角度，使得集氣罩的敞口套裝在氣體檢測儀的探頭外部。之后將零點氣體發生裝置和氣體標準物質與氣體動態稀釋裝置導通，零點氣體發生裝置調節其輸出的氣壓，氣體標準物質輸出相應的標準氣體，而氣體動態稀釋裝置則將其進行混合輸出適合的濃度。

適合濃度的氣體經柔性管、探測桿和集氣罩與氣體檢測儀的探頭導通，進而實現對氣體檢測儀的在線計量測試。

本計量裝置中采用縱桿配合探測桿形成一個可伸縮的結構，在對位于高處的氣體檢測儀進行檢測時，通過調整探測桿與縱桿之間的位置來調整集氣罩的高度，使其與氣體檢測儀高度適配。因此，氣體標準物質只需放置在移動車內即可，操作人員也無需將其搬運至氣體檢測儀的安裝位置附近。另外，氣體動態稀釋裝置、零點氣體發生裝置和氣體標準物質相配合可調整輸入集氣罩內的氣體標準物質的濃度，徹底解決了一般氣體稀釋裝置只適用于有固定輸出壓力的瓶裝壓縮氣體，不適用于常壓氣體的問題。對于那些檢測范圍是微量或痕量的分析儀器，將檢測范圍擴大到常量，實現一機多用。

在探測桿的上端制出萬向槽配合球頭，調整集氣罩敞口位置的水平方向，使其套裝在氣體檢測儀的探頭外部，其敞口位置安裝的橡膠薄膜以及十字開口，對氣體檢測儀的探頭進行包覆，減少氣體外泄，而集氣罩外壁制出的廢氣收集閥則可用于對外泄氣體的吸附收集。

將空壓機作為主體，配合穩壓裝置進行穩壓處理。采用凈化裝置進行過濾和吸附，可有效去除空氣中的雜質和水分。

5 結 論

氣體檢測儀的在線計量裝置提高了氣體探測器的計量效率，減少了人工操作時間，降低了有毒氣體的泄漏風險，為氣體計量檢測提供基礎保障。