線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)*

陸進(jìn)宇，朱茜，李博，胡博

(河南省計(jì)量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)*

陸進(jìn)宇，朱茜，李博，胡博

(河南省計(jì)量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

介紹線型光束可燃?xì)怏w探測器的的校準(zhǔn)方法。對線型光束可燃?xì)怏w探測器的示值誤差、報(bào)警功能、響應(yīng)時(shí)間、光強(qiáng)衰減性能和抗日光干擾性能等主要計(jì)量特性及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，給出了各主要計(jì)量特性的校準(zhǔn)條件、試驗(yàn)設(shè)備和具體校準(zhǔn)方法。對兩臺(tái)線型光束可燃?xì)怏w探測器進(jìn)行了校準(zhǔn)，其示值誤差用相對誤差表示分別為-5%和4%，用引用誤差表示分別為-4%FS和3%FS。經(jīng)驗(yàn)證，上述結(jié)果均未超出設(shè)定指標(biāo)，響應(yīng)時(shí)間等其它主要計(jì)量特性也符合方法要求。該方法校準(zhǔn)后的計(jì)量特性及技術(shù)指標(biāo)較為合理，校準(zhǔn)方法切實(shí)可行，可以用于線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)。

線性光束；可燃?xì)怏w探測器；校準(zhǔn)

甲烷是天然氣主要的可燃成分，同時(shí)也是一種強(qiáng)效的溫室氣體。在天然氣的開采、運(yùn)輸過程中，各種形式的泄露對大氣環(huán)境和人類生命財(cái)產(chǎn)安全均會(huì)造成嚴(yán)重危害。對天然氣管線、石油平臺(tái)或者燃?xì)獯鎯?chǔ)分離站等場所進(jìn)行泄漏檢測，通常選用半導(dǎo)體、催化燃燒或電化學(xué)式點(diǎn)型氣體探測器。點(diǎn)型氣體探測器僅能感知傳感器周圍的氣體濃度，存在探測靈敏度低、響應(yīng)速度慢、抗干擾能力差及易被表面污染等缺點(diǎn)［1-4］。為了避免惡性事故的發(fā)生及減少環(huán)境的污染，急需一種探測空間大、能夠及時(shí)且準(zhǔn)確測量危險(xiǎn)區(qū)域甲烷氣體累積濃度的線型光束可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)，作為點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測器的有益補(bǔ)充。

采用光譜吸收原理探測可燃性氣體及蒸汽的線型光束可燃?xì)怏w探測器已經(jīng)開始應(yīng)用于可燃?xì)怏w現(xiàn)場的泄漏檢測，例如開放式的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)。國外對TDLAS技術(shù)的研究比較多［5-7］，近幾年國內(nèi)也出現(xiàn)了對該技術(shù)的研究報(bào)道［8-9］，一些廠家相繼開發(fā)了系列相關(guān)產(chǎn)品。該類產(chǎn)品可以滿足大空間、大面積甲烷氣體泄漏的檢測需求，并具有探測靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。

目前我國還沒有出臺(tái)關(guān)于線型光束可燃?xì)怏w探測器的國家標(biāo)準(zhǔn)及檢定規(guī)程。為了更好地服務(wù)于相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)及使用單位，使該類探測器的生產(chǎn)及溯源更加科學(xué)和規(guī)范，筆者開發(fā)了線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)方法。該方法計(jì)量特性及指標(biāo)設(shè)置合理，操作切實(shí)可行，可以滿足線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)需求。

1 線型光束可燃?xì)怏w探測器的原理

根據(jù)朗伯-比耳定律［10-15］，當(dāng)一束強(qiáng)光通過待測氣體后，通過檢測得到輸出光強(qiáng)I與輸入光強(qiáng)I0的函數(shù)關(guān)系式為：

式中：I——輸出光強(qiáng)，cd；

I0——輸入光強(qiáng)，cd；

a(ν)——在一定頻率ν下氣體的吸光系數(shù)，%LEL-1·m-2(LEL為可燃性氣體爆炸下限值)；

c——?dú)怏w的積分濃度，%LEL·m；

L——光路長度，m。

根據(jù)以上原理設(shè)計(jì)的開放式激光甲烷氣體探測系統(tǒng)如圖1所示。通過控制發(fā)射端的工作電流和溫度，可以調(diào)節(jié)激光器的掃描寬度和中心波長。輸出的激光光束經(jīng)過開放空間后匯聚到接收端，發(fā)射端與接收端間探測光束的傳播距離通常稱為探測光路長度。如果開放空間存在氣體泄漏，則會(huì)有激光被吸收，光強(qiáng)發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)化為電信號。電信號首先經(jīng)前置放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)ADC芯片采集到DSP中，采集到的數(shù)據(jù)直接在DSP中進(jìn)行快速傅里葉變換，得到氣體的二次諧波和一次諧波信息，通過計(jì)算得出氣體的積分濃度。

圖1 開放式激光甲烷氣體探測系統(tǒng)原理圖

2 主要計(jì)量特性

2.1 示值誤差

根據(jù)線型光束可燃?xì)怏w探測器可以探測到大空間、大面積可燃?xì)怏w的泄露，并發(fā)出報(bào)警信號的特點(diǎn)，將示值誤差設(shè)置為校準(zhǔn)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。部分生產(chǎn)廠家的該類探測器技術(shù)指標(biāo)見表1。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定示值誤差應(yīng)不大于10%或5%FS。

表1 生產(chǎn)廠家線型光束可燃?xì)怏w探測器技術(shù)指標(biāo)

2.2 報(bào)警功能

探測器在被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，當(dāng)可燃?xì)怏w積分濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號。再將探測器置于潔凈環(huán)境中，應(yīng)能自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)。探測器具有多級報(bào)警功能時(shí)，各級報(bào)警狀態(tài)指示和輸出應(yīng)能明確區(qū)分。

2.3 響應(yīng)時(shí)間

報(bào)警響應(yīng)時(shí)間是該類儀器可靠使用的基礎(chǔ)，參考可燃?xì)怏w報(bào)警器檢定規(guī)程中對響應(yīng)時(shí)間的規(guī)定以及表1中的技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定報(bào)警響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于5 s。

2.4 光強(qiáng)衰減性能

對于通常安放在室外的可燃?xì)怏w探測器而言，儀器光源自身原因或其它突發(fā)因素，較易引起儀器光源的光強(qiáng)衰減。在一定程度光強(qiáng)衰減的狀態(tài)下，儀器的報(bào)警功能應(yīng)正常。

2.5 抗日光干擾性能

較強(qiáng)的日光照射會(huì)對儀器光源造成一定干擾?？疾炜扇?xì)怏w探測器的抗日光干擾性能，要求在日光干擾條件下儀器的報(bào)警功能應(yīng)正常。

3 校準(zhǔn)條件

3.1 環(huán)境條件

溫度：15～35℃；濕度：30～70%RH；大氣壓力：86～106 kPa。

3.2 探測光路長度

可燃?xì)怏w探測器的探測光路長度應(yīng)設(shè)置為最大保護(hù)距離。當(dāng)探測器的最大保護(hù)距離大于10 m時(shí)，除光強(qiáng)衰減試驗(yàn)外，應(yīng)采取制造商允許的措施使可燃?xì)怏w探測器的保護(hù)距離為10 m并正常工作。對于其它條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，應(yīng)采取制造商允許的措施使可燃?xì)怏w探測器的保護(hù)距離滿足試驗(yàn)的要求并保證探測器正常工作。

3.3 試驗(yàn)設(shè)備

3.3.1 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

采用與探測器所測氣體種類相同的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對擴(kuò)展不確定度不大于2%(k=2)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)氣體稀釋裝置稀釋高濃度的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，所用稀釋裝置的最大稀釋誤差不超過±1.5%。使用流量計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)氣體的流量，流量計(jì)的測量范圍不應(yīng)小于500 mL／min，準(zhǔn)確度級別不低于4級。

3.3.2 秒表

秒表：分度值不大于0.1 s。

3.3.3 減光片

減光片的尺寸應(yīng)大于接收裝置或收發(fā)裝置的視窗尺寸；減光片的縫隙或孔的尺寸應(yīng)大于探測光束的波長；減光片對探測光束輻射通量的衰減比例的偏差應(yīng)小于試驗(yàn)要求的1%；將減光片放入或移出探測光路的操作應(yīng)在1 s內(nèi)完成；探測光束應(yīng)以正入射方式穿過減光片。

3.3.4 氣室

氣體壓力為正常大氣壓力。探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)，將充滿潔凈氣體的氣室放入探測光路后，探測器零點(diǎn)的偏差應(yīng)小于其量程的1%，將氣室放入或移出探測光路的操作應(yīng)在5 s內(nèi)完成。試驗(yàn)期間，探測光束應(yīng)以正入射方式穿過氣室且氣室不對探測光束造成遮擋。

3.3.5 輻射照度計(jì)

波長范圍：380～780 nm；量程：0～2 000 W／m2。

4 校準(zhǔn)方法

4.1 示值誤差

將充入特定濃度氣體的氣室放入探測器的工作光路中，使氣體積分濃度分別處于量程的25%，50%，75%左右，各保持1 min，觀察并記錄探測器的狀態(tài)和示值，按式(2)或(3)計(jì)算探測器的示值誤差。

式中：ΔC——探測器的示值誤差，%或%FS；

——探測器示值的平均值，%LEL·m；

C0——通入探測器的標(biāo)準(zhǔn)值，%LEL·m；

R——探測器滿量程值，%LEL·m。

4.2 報(bào)警功能

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)10 min后，將充入濃度大于報(bào)警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中，使其發(fā)出報(bào)警信號。移除氣室，檢查并記錄探測器報(bào)警狀態(tài)的恢復(fù)情況。

4.3 響應(yīng)時(shí)間

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)10 min后，將充入濃度大于報(bào)警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中，用秒表開始計(jì)時(shí)，待探測器報(bào)警時(shí)停止計(jì)時(shí)。重復(fù)測量3次，以測量結(jié)果的平均值作為探測器的響應(yīng)時(shí)間。

4.4 光強(qiáng)衰減

將探測光路長度設(shè)置為最大保護(hù)距離，使探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)。利用減光片將探測器的探測光束輻射通量衰減50%(室內(nèi)用探測器)或90%(室外用探測器)，在此期間觀察并記錄探測器的工作狀態(tài)。在探測光束輻射通量衰減條件下，將充入濃度大于報(bào)警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，移除氣室，自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)，則視為儀器光強(qiáng)的性能良好。

4.5 抗日光干擾

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)。利用金屬鹵鎢燈作為光源，使探測器接收裝置視窗部位的總光照輻射強(qiáng)度為(800±50) W／m2，保持20 min，觀察并記錄探測器的工作狀態(tài)。在光干擾條件下，將充入濃度大于報(bào)警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號；移除氣室，自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)，則視為抗日光干擾性能良好。

5 結(jié)果分析與討論

5.1 示值誤差

選取兩臺(tái)線型光束可燃?xì)怏w探測器，按照本校準(zhǔn)方法進(jìn)行示值誤差測試，結(jié)果見表2。由表2可知，兩臺(tái)儀器的示值誤差用相對誤差表示分別為-5%和4%，用引用誤差表示分別為-4%FS和3%FS，無論哪種表示方式，測試結(jié)果均未超出設(shè)定指標(biāo)。

表2 線型光束可燃?xì)怏w探測器示值誤差測試結(jié)果

5.2 其它主要技術(shù)指標(biāo)

分別按照本方法校準(zhǔn)1#，2#線型光束可燃?xì)怏w探測器，并分別考察其報(bào)警功能、響應(yīng)時(shí)間、光強(qiáng)衰減性能和抗日光干擾性能4項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 報(bào)警功能、響應(yīng)時(shí)間、光強(qiáng)衰減和抗日光干擾性能試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，校準(zhǔn)后的兩臺(tái)氣體探測器主要計(jì)量特性及技術(shù)指標(biāo)均符合方法要求。表明該校準(zhǔn)方法給出的計(jì)量特性及技術(shù)指標(biāo)較為合理，校準(zhǔn)方法切實(shí)可行。

6 結(jié)語

對線型光束可燃?xì)怏w探測器的示值誤差、報(bào)警功能、響應(yīng)時(shí)間、光強(qiáng)衰減性能和抗日光干擾性能等主要計(jì)量特性及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，給出了各主要計(jì)量特性的校準(zhǔn)條件、試驗(yàn)設(shè)備和具體校準(zhǔn)方法。該方法具有一定的合理性、完整性和實(shí)用性，可供線型光束可燃?xì)怏w探測器生產(chǎn)、檢測和校準(zhǔn)參考使用。

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第二屆中國藥品監(jiān)管科學(xué)大會(huì)在京召開

不久前，中國藥品監(jiān)管科學(xué)大會(huì)(2017)在京召開。大會(huì)主題是“質(zhì)量安全與創(chuàng)新發(fā)展”。國家食品藥品監(jiān)督管理總局副局長焦紅出席會(huì)議并作主旨演講。

在主題為“醫(yī)療器械的科學(xué)監(jiān)管與改革創(chuàng)新”的演講中，焦紅指出，科學(xué)決策是科學(xué)監(jiān)管的重要基礎(chǔ)；深化審評審批制度改革是科學(xué)監(jiān)管的必然要求；強(qiáng)化上市后監(jiān)管是科學(xué)監(jiān)管的重要體現(xiàn)；推進(jìn)信息公開是科學(xué)監(jiān)管的重要手段。

焦紅強(qiáng)調(diào)，食品藥品安全是重大的民生和公共安全問題，黨中央、國務(wù)院高度重視，強(qiáng)調(diào)要用“最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、最嚴(yán)格的監(jiān)管、最嚴(yán)厲的處罰、最嚴(yán)肅的問責(zé)”確保食品藥品安全，充分體現(xiàn)了食品藥品監(jiān)管工作在黨和政府工作中的重要地位，進(jìn)一步表明了黨中央、國務(wù)院保障人民群眾飲食用藥安全的堅(jiān)強(qiáng)決心，更是做好食品藥品監(jiān)管工作的重要保障。

近年來，醫(yī)療器械監(jiān)管工作力度不斷加大，醫(yī)療器械審評審批制度改革深入推進(jìn)，審評審批質(zhì)量和效率持續(xù)提高，醫(yī)療器械法規(guī)體系基本形成?？偩种Π盐毡O(jiān)管中的關(guān)鍵點(diǎn)、質(zhì)量管理的薄弱點(diǎn)、問題易發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，重點(diǎn)梳理醫(yī)療器械生產(chǎn)、經(jīng)營領(lǐng)域高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品和重點(diǎn)環(huán)節(jié)，有針對性地制定風(fēng)險(xiǎn)防控目錄，采取相應(yīng)監(jiān)管措施。同時(shí)，總局不斷加大信息公開力度，及時(shí)回應(yīng)社會(huì)關(guān)切，加大對重大法規(guī)制度和監(jiān)管工作舉措的政策解讀力度，不斷拓展信息發(fā)布渠道，把信息發(fā)布工作融入到監(jiān)管工作全過程。

焦紅表示，中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議審議通過《關(guān)于深化審評審批制度改革鼓勵(lì)藥品醫(yī)療器械創(chuàng)新的意見》，對進(jìn)一步深化改革提出新要求?？偩謱凑崭母镆?，繼續(xù)鼓勵(lì)醫(yī)療器械研發(fā)創(chuàng)新。努力建設(shè)一支以專職檢查員為主體、兼職檢查員為補(bǔ)充的高水平檢查員隊(duì)伍。并將進(jìn)一步充分發(fā)揮政府網(wǎng)站的強(qiáng)大服務(wù)功能，提高信息發(fā)布質(zhì)量，增加政策解讀的主動(dòng)性、及時(shí)性，促進(jìn)信息資源共享。

本次大會(huì)上，醫(yī)藥企業(yè)代表宣讀了“做守法楷模 創(chuàng)誠信企業(yè)”百家企業(yè)誠信宣言。在主論壇環(huán)節(jié)，國家總局、衛(wèi)生計(jì)生委、人社部、工信部等部門的相關(guān)負(fù)責(zé)人，以及國內(nèi)外專家學(xué)者，針對當(dāng)前藥品監(jiān)管改革措施、醫(yī)藥創(chuàng)新發(fā)展中面臨的熱點(diǎn)難點(diǎn)問題進(jìn)行解讀和研討。大會(huì)同時(shí)設(shè)立了“食品藥品監(jiān)管理念與實(shí)踐創(chuàng)新”、“生物制品監(jiān)管制度改革與產(chǎn)業(yè)發(fā)展”、“藥品流通監(jiān)管制度改革與促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”、“藥包材與藥用輔料政策改革及技術(shù)創(chuàng)新”4個(gè)專題論壇。來自食品藥品監(jiān)管部門、藥品生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)、醫(yī)藥高等院校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的專家學(xué)者，針對監(jiān)管理念與實(shí)踐創(chuàng)新、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展等話題進(jìn)行研討。

本次大會(huì)由中國藥品監(jiān)督管理研究會(huì)主辦、中國健康傳媒集團(tuán)支持。中國工程院院士侯惠民、寧光、劉昌孝、張興棟，工信部消費(fèi)品司、國家衛(wèi)生計(jì)生科教司、人社部社會(huì)保障研究所，總局辦公廳、醫(yī)療器械注冊司、醫(yī)療器械監(jiān)管司、稽查局等司局，國家藥典委員會(huì)、審核查驗(yàn)中心、中保委、信息中心、執(zhí)業(yè)藥師認(rèn)證中心、中國健康傳媒集團(tuán)、中國食品藥品國際交流中心、中國藥學(xué)會(huì)等的有關(guān)負(fù)責(zé)人，以及天津、內(nèi)蒙古、浙江、湖北、湖南、廣東、甘肅等省(區(qū)、市)食品藥品監(jiān)管部門的有關(guān)負(fù)責(zé)人等近1 300人參會(huì)。

(儀器信息網(wǎng))

Calibration Method of the Linear Beam Combustible Gas Detectors

Lu Jinyu, Zhu Qian, Li Bo, Hu Bo
(Henan Institute of Metrology, Zhengzhou 450008, China)

The calibration method of linear beam combustible gas detectors was introduced. The main measuring characteristics and technical indexes of linear beam combustible gas detectors such as indication error, alarm function,response time, light intensity attenuation performance and antisun interference performance were calibrated. The calibration conditions, testing equipment and calibration methods of the main measurement characteristics of combustible gas detectors with linear beam were given. The calibration of two linear beam combustible gas detectors was carried out. The indication errors were expressed as relative errors of -5% and 4%, respectively. The reference errors were expressed as- 4%FS and 3%FS, respectively. After verification, the results did not exceed the set indicators, response time and other major measurement characteristics also met the requirements of the method. The calibration method is reasonable and the calibration method is feasible, and it can be used for calibration of linear beam combustible gas detector.

linear beam; combustible gas detectors; calibration

O659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-6145(2017)06-0100-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.025

*國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2009QK287)

聯(lián)系人：李博；E-mail： zixuan100@163.com

2017-09-29