張　磊　劉　峰

(山東省萊蕪市計量檢定測試所，萊蕪 271100)

0　引 言

在國外，移動實驗室的開發(fā)與應(yīng)用涉及領(lǐng)域較廣，如美國研發(fā)的是生物方面用于科學研究的移動實驗室，以色列研發(fā)的是用于農(nóng)用的移動實驗室；目前，我國也開發(fā)研究了幾類移動實驗室，如“疾病預(yù)防的檢測移動實驗室”、“考古移動實驗室”等。隨著企業(yè)工業(yè)化進程不斷加快，為了減少和防止瓦斯爆炸、車間起火、人身中毒等各類事故的發(fā)生，各種有毒有害氣體報警器漸漸成為煤礦、化工和冶金等企業(yè)必不可少的安全防護設(shè)備。但氣體報警器的檢定、校準過程卻比較麻煩，即浪費了時間又在路途中產(chǎn)生了誤差。為了減少企業(yè)負擔，結(jié)合工作實際我們提出了“氣體報警器在線檢測系統(tǒng)”的研究方案，并研制了“氣體報警器在線檢測系統(tǒng)”(以下簡稱移動實驗室)。

1　移動實驗室構(gòu)成及安裝要點

1.1　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

將標準實驗室實驗設(shè)備整體搭載在一輛依維柯汽車上，實驗室內(nèi)設(shè)置了檢定校準、保溫保濕、工作臺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等裝置。

實驗室長2.5m，寬2.2m，高1.8m，地面鋪設(shè)木地板，實驗室左側(cè)為檢測臺，右側(cè)為防護用品放置區(qū)，工作臺整體固定在鋪設(shè)了木地板的車體上，檢定校準的儀器也被固定在檢測工作臺上，防護用品裝箱后放置于工作櫥內(nèi)。

檢測工作臺長2.4m，寬0.35m，高0.6m，在工作臺上從左到右依次布置為標準氣體瓶、動態(tài)配氣裝置、檢測區(qū)和UPS電源四個大部分，布局合理，便于操作。其內(nèi)部組成主要是有以下6個方面：

1)標準氣體瓶的安置：標準氣體是國防工業(yè)化學計量站生產(chǎn)，國家一級標準物質(zhì)。標氣瓶為了安裝牢固、使用方便、少占空間，在工作臺面挖了四個圓孔，標氣瓶可通過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面，標氣瓶底部加防震層，減小了汽車行駛中的震動。

2)動態(tài)配氣裝置：儀器檢測采用了新型檢定校準裝置，該裝置為中國技術(shù)開發(fā)總公司生產(chǎn)，型號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，通過簡單的設(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，臺面安放的4瓶標準氣體就可以檢定3個氣體種類的報警器。該裝置加防震層固定在臺面，在汽車行駛過程中就可以開機預(yù)熱，開展檢定工作。

3)配套設(shè)施：減壓閥(型號：R14SLGP-XJG-01-11)、連接氣管、控制針閥(型號：AKB316)是美國捷瑞企業(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區(qū)的p 型架上，通過金屬軟管與標氣瓶相連接。

4)安全救生防護裝置：移動實驗室內(nèi)放置了工作服、空氣呼吸器等安全防護裝備，醫(yī)用氧氣等簡單救護設(shè)施，應(yīng)急意外事件實施緊急救護措施。

5)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計：在移動實驗室內(nèi)通過無線上網(wǎng)卡連接到中心實驗室，將現(xiàn)場檢測得到的數(shù)據(jù)及時上傳，達到快速出具檢定校準證書的目的。

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：CH-1000W。

移動實驗室內(nèi)設(shè)置了220V、24V、12V不同電壓的電源接口，可以檢測固定式、便攜式等不同種類的氣體報警器。

1.2　安裝要點

1)各部分布置清晰，做到電源與標準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。

2)標準氣體瓶、減壓閥與配氣裝置三者之間用金屬軟管連接，減小汽車顛簸帶來的硬性沖擊力，保證汽車行駛過程中不會發(fā)生氣體泄漏的問題。

3)逆變器、蓄電池等電器部分，有過流、過壓、溫度、欠壓和短路等異常保護功能，操作臺上裝有蓄電池電壓指示表，可以隨時查看用電情況。

4)在駕駛區(qū)與檢測區(qū)之間用10mm厚的亞克力板完全密封隔離，車內(nèi)頂部安裝了復(fù)合式氣體報警器，防止標準氣體泄漏，保證駕駛員的安全。

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

2　移動實驗室檢測結(jié)果能力驗證

考核指標：移動實驗室建成后，應(yīng)達到與標準實驗室同等的檢測能力，滿足以下檢測結(jié)果滿意度的要求：

式中，En為結(jié)果滿意度；x移為移動實驗室檢定/校準結(jié)果；x標為標準實驗室檢定/校準結(jié)果；U移為移動實驗室測量結(jié)果的擴展不確定度；U標為標準實驗室測量結(jié)果的擴展不確定度。

當En≤1，判定為滿意；En>1，判定為不滿意。

下面分別在移動實驗室與標準實驗室做兩組實驗，將一氧化碳和甲烷兩種氣體報警器作為有毒有害氣體及可燃性氣體檢測報警器的代表進行以下分析。

2.1　一氧化碳報警儀在移動實驗室和標準實驗室的試驗

2.1.1一氧化碳報警儀在移動實驗室的試驗

1)重復(fù)性測量引入的不確定度

重復(fù)測量平均值的相對誤差χ1=0.37%，計算結(jié)果的相對標準偏差：

重復(fù)性測量引入的不確定度：

u(A)=s=0.13%

2)氣體標準物質(zhì)引入的不確定度

氣體標準物質(zhì)是國防科技工業(yè)應(yīng)用化學一級計量站生產(chǎn)，其不確定度為：U=1.0%，k=2。其引入的標準不確定度：

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

3)氣體檢測器引入的不確定度

氣體檢測器的擴展不確定度：U=1.0%，k=2 。其引入的標準不確定度：

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)，故合成標準不確定度為：

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

5)擴展不確定度評定

U1=kuc=2×0.8%=1.6%k=2

2.1.2一氧化碳報警儀在標準實驗室的試驗

在相同的溫度、濕度、人員、檢測方法等條件下，對同一臺一氧化碳報警儀在標準實驗室用上述同種方法對其做試驗，檢測結(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移動實驗室檢測能力驗證

將上述一氧化碳報警儀分別在移動實驗室和標準實驗室的檢測數(shù)據(jù)帶入下式得：

檢測結(jié)果滿足實驗室能力驗證滿意度的要求，判定為滿意。

2.2　甲烷報警儀在移動實驗室和標準實驗室的試驗

2.2.1甲烷報警儀在移動實驗室的試驗

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甲烷報警儀在標準實驗室的試驗

在相同的溫度、濕度、人員和檢測方法等條件下，對同一臺甲烷報警儀在標準實驗室用上述同種方法對其做試驗，其檢測結(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移動實驗室檢測能力驗證

將上述甲烷報警儀分別在移動實驗室和標準實驗室的檢測數(shù)據(jù)帶入下式得：

檢測結(jié)果滿足實驗室能力驗證滿意度的要求，判定為滿意。

3　結(jié)束語

氣體報警器在線檢測系統(tǒng)將氣體報警器檢測各單元集成并形成了在線檢測系統(tǒng)，研制成車載移動檢測實驗室。經(jīng)驗證移動實驗室與固定實驗室的檢定結(jié)果是等效一致的，滿足了現(xiàn)場計量檢定的需求。

氣體報警器在線檢測系統(tǒng)的研制、使用，提高了計量檢定部門的檢定質(zhì)量和檢定收益，節(jié)省了送檢單位的檢定成本，社會公益性價值明顯。

[1]JJG 678—2007《催化燃燒式甲烷測定器》.北京：中國計量出版社，2008

[2]JJG 915—2008《一氧化碳檢測報警器》. 北京：中國計量出版社，2009

[3]JJG 693—2011《可燃氣體檢測報警器》.北京：中國計量出版社，2011

[4]GB 16808—2008《可燃氣體報警控制器技術(shù)要求及試驗方法》. 北京：中國標準出版社，2010

[5]GB 15322—2003《可燃氣體探測器》. 北京：中國標準出版社，2003

[6]JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》規(guī)范. 北京：中國計量出版社，1999

[7]施昌彥，宣安東.實用測量不確定度評定及案例. 北京：中國計量出版社，2007

[8]李慎安.測量不確定度表達百問. 北京：中國計量出版社，2001