氣體檢測(cè)儀在線計(jì)量裝置研制

田郁郁，姚 堯，程 鵬

(天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院，天津 300192)

1 概 述

隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，易燃易爆及有毒有害氣體種類(lèi)隨之增加，及時(shí)獲知空氣中目標(biāo)氣體的含量對(duì)避免爆炸、中毒事故非常重要。因此，各類(lèi)氣體檢測(cè)儀被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中，其量值準(zhǔn)確與否事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

氣體檢測(cè)儀的計(jì)量方式主要有兩種：離線計(jì)量與在線計(jì)量。離線計(jì)量，即將氣體檢測(cè)儀拆卸，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行計(jì)量。此種方式有以下兩點(diǎn)不足：第一，氣體檢測(cè)儀與生產(chǎn)裝置之間通常存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，拆卸過(guò)程中稍有疏漏，便會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備停止運(yùn)行，造成不可逆的損失，且氣體檢測(cè)儀使用的工況、環(huán)境復(fù)雜，拆卸的工作難度高、強(qiáng)度大。第二，若將氣體檢測(cè)儀拆除，將無(wú)法及時(shí)獲知生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的氣體檢測(cè)儀多采用在線計(jì)量方式[1-2]。

2 計(jì)量方式現(xiàn)狀調(diào)查

傳統(tǒng)的在線計(jì)量方式需一名計(jì)量人員親至氣體檢測(cè)儀安裝處，通入氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由另一名計(jì)量人員在報(bào)警控制器一端觀測(cè)示值及報(bào)警狀況。此種方式有以下三點(diǎn)不足：第一，在化工、鋼鐵等工廠現(xiàn)場(chǎng)，一些氣體檢測(cè)儀安裝位置高，計(jì)量人員的高空作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性。有時(shí)受管路遮擋，天梯、升降車(chē)無(wú)處安放，無(wú)法觸及目標(biāo)儀器[3]；第二，計(jì)量氣體檢測(cè)儀通常需要3個(gè)濃度值的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，而一名工作人員無(wú)法同時(shí)攜帶3個(gè)濃度值的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，因此造成檢定效率低下；第三，計(jì)量每種量程的氣體檢測(cè)儀需要有相匹配濃度值的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，市面銷(xiāo)售的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不能覆蓋所有濃度，造成某些氣體檢測(cè)儀無(wú)法計(jì)量，留有安全隱患[4-5]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主體結(jié)構(gòu)

一種移動(dòng)式可升降的氣體檢測(cè)儀在線計(jì)量裝置示意圖如圖1所示。

圖1 計(jì)量裝置示意圖

主體結(jié)構(gòu)包括一臺(tái)移動(dòng)車(chē)7，移動(dòng)車(chē)內(nèi)安裝有一縱桿6，該縱桿內(nèi)部中空，縱桿內(nèi)套裝有一探測(cè)桿5，該探測(cè)桿可相對(duì)于縱桿上下移動(dòng)。探測(cè)桿的上端安裝有一集氣罩1，集氣罩制有開(kāi)口。移動(dòng)車(chē)內(nèi)搭載有氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置9、零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置11和氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)10，其中零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置和氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的出氣端通過(guò)一個(gè)三通和氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置的進(jìn)氣端導(dǎo)通，該氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置的出氣端和探測(cè)桿下端導(dǎo)通。探測(cè)桿上端安裝的集氣罩用于套裝在待檢的氣體檢測(cè)儀的探頭外部，進(jìn)而將氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置的出氣端和待檢的氣體檢測(cè)儀的探頭導(dǎo)通。

3.2 稀釋裝置

氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置采用氣體動(dòng)態(tài)稀釋儀，其進(jìn)氣端安裝三通。三通采用高速三通電磁閥，其優(yōu)選內(nèi)置在氣體動(dòng)態(tài)稀釋儀內(nèi)部，高速三通電磁閥采用微處理器進(jìn)行控制，以此來(lái)調(diào)節(jié)取氣后氣體濃度的配比。動(dòng)態(tài)稀釋裝置采用質(zhì)量流量混合法，使用多個(gè)質(zhì)量流量控制器準(zhǔn)確控制流量，可動(dòng)態(tài)稀釋高濃度氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)獲得所需低濃度樣品。

零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置包括一個(gè)壓縮機(jī)，在該壓縮機(jī)的出氣端安裝有穩(wěn)壓裝置和控溫裝置，在穩(wěn)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(guò)濾器、活性炭室和變色硅膠室。

3.3 探測(cè)桿

探測(cè)桿為兩段式結(jié)構(gòu)，其下端內(nèi)部為實(shí)心結(jié)構(gòu)，上端內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)。實(shí)心結(jié)構(gòu)的部分套裝在縱桿內(nèi)部，為便于調(diào)整探測(cè)桿伸出的長(zhǎng)度，在縱桿側(cè)壁制出一個(gè)通槽，位于該通槽位置的探測(cè)桿外壁制出銷(xiāo)鍵8，該銷(xiāo)鍵為手柄狀嵌在通槽內(nèi)。探測(cè)桿中空結(jié)構(gòu)的下端位置，在其側(cè)壁內(nèi)一體制出一個(gè)接頭4，接頭通過(guò)柔性管和氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置的出氣端導(dǎo)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(cè)桿的上端一體安裝有一萬(wàn)向槽，球頭與萬(wàn)向槽嵌合。萬(wàn)向槽和探測(cè)桿連通，集氣罩經(jīng)球頭和萬(wàn)向槽與探測(cè)桿上端導(dǎo)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(kāi)口13，俯視圖如圖1所示。

集氣罩的側(cè)壁外周均勻間隔安裝有多個(gè)廢氣收集閥2，位于集氣罩外部的為廢氣收集閥的進(jìn)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(shí)例與分析

本計(jì)量裝置使用時(shí)，操作人員首先根據(jù)待檢氣體檢測(cè)儀的探頭位置調(diào)整探測(cè)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(cè)儀的探頭外部。之后將零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置和氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置導(dǎo)通，零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置調(diào)節(jié)其輸出的氣壓，氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)輸出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氣體，而氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置則將其進(jìn)行混合輸出適合的濃度。

適合濃度的氣體經(jīng)柔性管、探測(cè)桿和集氣罩與氣體檢測(cè)儀的探頭導(dǎo)通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體檢測(cè)儀的在線計(jì)量測(cè)試。

本計(jì)量裝置中采用縱桿配合探測(cè)桿形成一個(gè)可伸縮的結(jié)構(gòu)，在對(duì)位于高處的氣體檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)調(diào)整探測(cè)桿與縱桿之間的位置來(lái)調(diào)整集氣罩的高度，使其與氣體檢測(cè)儀高度適配。因此，氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)只需放置在移動(dòng)車(chē)內(nèi)即可，操作人員也無(wú)需將其搬運(yùn)至氣體檢測(cè)儀的安裝位置附近。另外，氣體動(dòng)態(tài)稀釋裝置、零點(diǎn)氣體發(fā)生裝置和氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相配合可調(diào)整輸入集氣罩內(nèi)的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)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(wèn)題。對(duì)于那些檢測(cè)范圍是微量或痕量的分析儀器，將檢測(cè)范圍擴(kuò)大到常量，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

在探測(cè)桿的上端制出萬(wàn)向槽配合球頭，調(diào)整集氣罩敞口位置的水平方向，使其套裝在氣體檢測(cè)儀的探頭外部，其敞口位置安裝的橡膠薄膜以及十字開(kāi)口，對(duì)氣體檢測(cè)儀的探頭進(jìn)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(duì)外泄氣體的吸附收集。

將空壓機(jī)作為主體，配合穩(wěn)壓裝置進(jìn)行穩(wěn)壓處理。采用凈化裝置進(jìn)行過(guò)濾和吸附，可有效去除空氣中的雜質(zhì)和水分。

5 結(jié) 論

氣體檢測(cè)儀的在線計(jì)量裝置提高了氣體探測(cè)器的計(jì)量效率，減少了人工操作時(shí)間，降低了有毒氣體的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，為氣體計(jì)量檢測(cè)提供基礎(chǔ)保障。