氣體報(bào)警器在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的研究

張　磊　劉　峰

(山東省萊蕪市計(jì)量檢定測(cè)試所，萊蕪 271100)

0　引 言

在國(guó)外，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用涉及領(lǐng)域較廣，如美國(guó)研發(fā)的是生物方面用于科學(xué)研究的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，以色列研發(fā)的是用于農(nóng)用的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室；目前，我國(guó)也開(kāi)發(fā)研究了幾類(lèi)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，如“疾病預(yù)防的檢測(cè)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”、“考古移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”等。隨著企業(yè)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，為了減少和防止瓦斯爆炸、車(chē)間起火、人身中毒等各類(lèi)事故的發(fā)生，各種有毒有害氣體報(bào)警器漸漸成為煤礦、化工和冶金等企業(yè)必不可少的安全防護(hù)設(shè)備。但氣體報(bào)警器的檢定、校準(zhǔn)過(guò)程卻比較麻煩，即浪費(fèi)了時(shí)間又在路途中產(chǎn)生了誤差。為了減少企業(yè)負(fù)擔(dān)，結(jié)合工作實(shí)際我們提出了“氣體報(bào)警器在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)”的研究方案，并研制了“氣體報(bào)警器在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室)。

1　移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成及安裝要點(diǎn)

1.1　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

將標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備整體搭載在一輛依維柯汽車(chē)上，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了檢定校準(zhǔn)、保溫保濕、工作臺(tái)密封氣罩及廢氣體排放、UPS電源充放電、工作人員人身安全救護(hù)等裝置。

實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)2.5m，寬2.2m，高1.8m，地面鋪設(shè)木地板，實(shí)驗(yàn)室左側(cè)為檢測(cè)臺(tái)，右側(cè)為防護(hù)用品放置區(qū)，工作臺(tái)整體固定在鋪設(shè)了木地板的車(chē)體上，檢定校準(zhǔn)的儀器也被固定在檢測(cè)工作臺(tái)上，防護(hù)用品裝箱后放置于工作櫥內(nèi)。

檢測(cè)工作臺(tái)長(zhǎng)2.4m，寬0.35m，高0.6m，在工作臺(tái)上從左到右依次布置為標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶、動(dòng)態(tài)配氣裝置、檢測(cè)區(qū)和UPS電源四個(gè)大部分，布局合理，便于操作。其內(nèi)部組成主要是有以下6個(gè)方面：

1)標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶的安置：標(biāo)準(zhǔn)氣體是國(guó)防工業(yè)化學(xué)計(jì)量站生產(chǎn)，國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。標(biāo)氣瓶為了安裝牢固、使用方便、少占空間，在工作臺(tái)面挖了四個(gè)圓孔，標(biāo)氣瓶可通過(guò)圓孔用橡膠圈固定于櫥子底部，連接減壓閥的氣瓶口露在臺(tái)面，標(biāo)氣瓶底部加防震層，減小了汽車(chē)行駛中的震動(dòng)。

2)動(dòng)態(tài)配氣裝置：儀器檢測(cè)采用了新型檢定校準(zhǔn)裝置，該裝置為中國(guó)技術(shù)開(kāi)發(fā)總公司生產(chǎn)，型號(hào)MF-4B，二組分，不確定度U=1.0%(k=2)。配氣原理為質(zhì)量流量混合法，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，在該不確定度條件下的有效稀釋比例可根據(jù)需要得到修改。使用該裝置，臺(tái)面安放的4瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體就可以檢定3個(gè)氣體種類(lèi)的報(bào)警器。該裝置加防震層固定在臺(tái)面，在汽車(chē)行駛過(guò)程中就可以開(kāi)機(jī)預(yù)熱，開(kāi)展檢定工作。

3)配套設(shè)施：減壓閥(型號(hào)：R14SLGP-XJG-01-11)、連接氣管、控制針閥(型號(hào)：AKB316)是美國(guó)捷瑞企業(yè)有限公司生產(chǎn)，氣體吸附性較小的不銹鋼制品；氣體減壓閥安裝在檢測(cè)區(qū)的p 型架上，通過(guò)金屬軟管與標(biāo)氣瓶相連接。

4)安全救生防護(hù)裝置：移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置了工作服、空氣呼吸器等安全防護(hù)裝備，醫(yī)用氧氣等簡(jiǎn)單救護(hù)設(shè)施，應(yīng)急意外事件實(shí)施緊急救護(hù)措施。

5)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡連接到中心實(shí)驗(yàn)室，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳，達(dá)到快速出具檢定校準(zhǔn)證書(shū)的目的。

6)UPS電源裝置：逆變器是深圳市洪迪源電子有限公司生產(chǎn)，型號(hào)：CH-1000W。

移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了220V、24V、12V不同電壓的電源接口，可以檢測(cè)固定式、便攜式等不同種類(lèi)的氣體報(bào)警器。

1.2　安裝要點(diǎn)

1)各部分布置清晰，做到電源與標(biāo)準(zhǔn)氣體部分距離最大化，保證用電安全，并方便儀器操作與檢測(cè)。

2)標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶、減壓閥與配氣裝置三者之間用金屬軟管連接，減小汽車(chē)顛簸帶來(lái)的硬性沖擊力，保證汽車(chē)行駛過(guò)程中不會(huì)發(fā)生氣體泄漏的問(wèn)題。

3)逆變器、蓄電池等電器部分，有過(guò)流、過(guò)壓、溫度、欠壓和短路等異常保護(hù)功能，操作臺(tái)上裝有蓄電池電壓指示表，可以隨時(shí)查看用電情況。

4)在駕駛區(qū)與檢測(cè)區(qū)之間用10mm厚的亞克力板完全密封隔離，車(chē)內(nèi)頂部安裝了復(fù)合式氣體報(bào)警器，防止標(biāo)準(zhǔn)氣體泄漏，保證駕駛員的安全。

5)工作臺(tái)安裝了密封罩，通氣管、電源線(xiàn)在密封氣罩后布置，排氣裝置固定在檢測(cè)區(qū)密封罩的上方，與檢測(cè)區(qū)隔離。

2　移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果能力驗(yàn)證

考核指標(biāo)：移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建成后，應(yīng)達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室同等的檢測(cè)能力，滿(mǎn)足以下檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)意度的要求：

式中，En為結(jié)果滿(mǎn)意度；x移為移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢定/校準(zhǔn)結(jié)果；x標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室檢定/校準(zhǔn)結(jié)果；U移為移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；U標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

當(dāng)En≤1，判定為滿(mǎn)意；En>1，判定為不滿(mǎn)意。

下面分別在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室做兩組實(shí)驗(yàn)，將一氧化碳和甲烷兩種氣體報(bào)警器作為有毒有害氣體及可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的代表進(jìn)行以下分析。

2.1　一氧化碳報(bào)警儀在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

2.1.1一氧化碳報(bào)警儀在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

1)重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度

重復(fù)測(cè)量平均值的相對(duì)誤差χ1=0.37%，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度：

u(A)=s=0.13%

2)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是國(guó)防科技工業(yè)應(yīng)用化學(xué)一級(jí)計(jì)量站生產(chǎn)，其不確定度為：U=1.0%，k=2。其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(B1)=1.0%/2=0.5%

3)氣體檢測(cè)器引入的不確定度

氣體檢測(cè)器的擴(kuò)展不確定度：U=1.0%，k=2 。其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(B2)(1.0%/2=0.5%

4)合成不確定度

由于各不確定度互不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0.8%

5)擴(kuò)展不確定度評(píng)定

U1=kuc=2×0.8%=1.6%k=2

2.1.2一氧化碳報(bào)警儀在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

在相同的溫度、濕度、人員、檢測(cè)方法等條件下，對(duì)同一臺(tái)一氧化碳報(bào)警儀在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室用上述同種方法對(duì)其做試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示：

表1

χ2u(A)u(B1)u(B2)0　44%0　18%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0　73%U2=kuc=2×0　73%=1　5%，k=2

2.1.3移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力驗(yàn)證

將上述一氧化碳報(bào)警儀分別在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)數(shù)據(jù)帶入下式得：

檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證滿(mǎn)意度的要求，判定為滿(mǎn)意。

2.2　甲烷報(bào)警儀在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

2.2.1甲烷報(bào)警儀在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

表2

χ1u(A)u(B1)u(B2)-1　66%0　99%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=1　22%U1=kuc=2×1　22%=2　4%，k=2

2.2.2甲烷報(bào)警儀在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)

在相同的溫度、濕度、人員和檢測(cè)方法等條件下，對(duì)同一臺(tái)甲烷報(bào)警儀在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室用上述同種方法對(duì)其做試驗(yàn)，其檢測(cè)結(jié)果如表3。

表3

χ2u(A)u(B1)u(B2)-1　33%0　53%0　5%0　5%uc=[u(A)2+u(B1)2+u(B2)2]1/2=0　88%U2=kuc=2×0　88%=1　8%，k=2

2.2.3移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力驗(yàn)證

將上述甲烷報(bào)警儀分別在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)數(shù)據(jù)帶入下式得：

檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證滿(mǎn)意度的要求，判定為滿(mǎn)意。

3　結(jié)束語(yǔ)

氣體報(bào)警器在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)將氣體報(bào)警器檢測(cè)各單元集成并形成了在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，研制成車(chē)載移動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)驗(yàn)證移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室與固定實(shí)驗(yàn)室的檢定結(jié)果是等效一致的，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量檢定的需求。

氣體報(bào)警器在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的研制、使用，提高了計(jì)量檢定部門(mén)的檢定質(zhì)量和檢定收益，節(jié)省了送檢單位的檢定成本，社會(huì)公益性?xún)r(jià)值明顯。

[1]JJG 678—2007《催化燃燒式甲烷測(cè)定器》.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008

[2]JJG 915—2008《一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器》. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009

[3]JJG 693—2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器》.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011

[4]GB 16808—2008《可燃?xì)怏w報(bào)警控制器技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010

[5]GB 15322—2003《可燃?xì)怏w探測(cè)器》. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003

[6]JJF 1059—1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》規(guī)范. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999

[7]施昌彥，宣安東.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定及案例. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007

[8]李慎安.測(cè)量不確定度表達(dá)百問(wèn). 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2001