謝延斌 孟憲波

（克拉瑪依市質(zhì)量與計(jì)量檢測(cè)所 新疆克拉瑪依 834000）

1 前言

按照應(yīng)用領(lǐng)域，可燃?xì)怏w報(bào)警器可以分為工業(yè)用氣體報(bào)警器和家用燃?xì)鈭?bào)警器；按自身形態(tài)，可分為固定式和便攜式；按傳感器的工作原理，又可分為催化燃燒型和紅外光學(xué)型。其中，催化燃燒型可燃?xì)怏w報(bào)警器使用更加廣泛。本文以催化燃燒型可燃?xì)怏w報(bào)警器為對(duì)象，結(jié)合計(jì)量檢定的工作特點(diǎn)，討論分析影響可燃?xì)怏w報(bào)警器計(jì)量檢定結(jié)果的相關(guān)因素。

2 結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理

固定式催化燃燒型甲烷氣體報(bào)警器外形結(jié)構(gòu)主要由表頭（顯示部件）、傳感器、報(bào)警執(zhí)行器、防塵罩等部件組成。

儀器的表頭內(nèi)部安裝有電氣控制線路板，主要具有供電、信號(hào)轉(zhuǎn)換放大以及信號(hào)輸出顯示的作用，報(bào)警執(zhí)行器在報(bào)警時(shí)，一般會(huì)以聲光組合形式展現(xiàn)，引起操作人員注意，提醒操作人員及時(shí)處理，傳感器是催化燃燒型可燃?xì)怏w報(bào)警的核心部件，本質(zhì)上是由1個(gè)帶催化劑的敏感元件和1個(gè)不帶催化劑的補(bǔ)償元件組成的惠斯頓電橋測(cè)量電路[1]，詳見(jiàn)圖1。

圖1 惠斯頓電橋電路

圖1中，RX為敏感元件，是1個(gè)表面涂有催化劑的鉑絲電阻，R1為補(bǔ)償元件，R2、R3為一定阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻。R3與RX同時(shí)置于測(cè)量室，在新鮮空氣中，通過(guò)R1的補(bǔ)償作用使電橋平衡，即滿足R1RX=R3R2，此時(shí)信號(hào)輸出端UDB=0，可燃?xì)怏w進(jìn)入測(cè)量室會(huì)接觸到涂有催化劑的敏感元件RX。在催化劑的作用下，可燃?xì)怏w與一同進(jìn)入的空氣中的氧氣發(fā)生無(wú)焰燃燒，此時(shí)敏感元件RX的溫度就會(huì)上升。由于金屬的阻值會(huì)隨著金屬溫度的升高而增大，阻值會(huì)在原RX的基礎(chǔ)上增加一個(gè)ΔRX，導(dǎo)致電橋失去平衡。當(dāng)電橋失去平衡后，就會(huì)在信號(hào)端產(chǎn)生不平衡電壓，該不平衡電壓經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換放大，變成可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，并最終成為可讀數(shù)值在表頭的液晶屏上顯示。由于不平衡電壓的大小與ΔRX大小有關(guān)，而ΔRX的大小又與通入傳感器的氣體濃度有關(guān)，由此可以建立氣體濃度與不平衡電壓間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度的有效監(jiān)控。

3 影響可燃?xì)鈭?bào)警器計(jì)量檢定結(jié)果的相關(guān)因素

3.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)因素

JJG 693—2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器》規(guī)定[2]，可燃?xì)怏w報(bào)警器的計(jì)量檢定需要采用與儀器檢測(cè)氣體種類相同的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，若儀器未注明所測(cè)氣體種類，可以采用異丁烷或者丙烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[3]。在進(jìn)行可燃?xì)怏w報(bào)警器的計(jì)量檢定時(shí)，正確選擇氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是保證檢定結(jié)果正確的前提。同一臺(tái)報(bào)警器在檢測(cè)相同濃度值下的不同類型可燃?xì)怏w時(shí)會(huì)有不同的示值輸出，所以應(yīng)選擇合適的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

3.2 檢定操作因素

3.2.1 通氣流量控制

從催化燃燒型可燃?xì)怏w報(bào)警器的工作原理可知，報(bào)警器計(jì)量示值的形成與其傳感器內(nèi)部的敏感元件接收可燃?xì)怏w的濃度和流量有直接關(guān)系。在相同濃度下，進(jìn)入報(bào)警器傳感器的氣體流量大小直接影響傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，也影響計(jì)量檢定結(jié)論的可靠性。

從傳感器的結(jié)構(gòu)看，氣體要經(jīng)歷3層擴(kuò)散才能到達(dá)傳感器內(nèi)部的敏感元件與其接觸，這一擴(kuò)散過(guò)程也稱為氣體的傳質(zhì)過(guò)程。傳質(zhì)速率是反應(yīng)的控制步驟，而傳質(zhì)的速率與通入報(bào)警器的氣體流量直接相關(guān)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將報(bào)警器防護(hù)帽的通氣孔增加1個(gè)型號(hào)后，傳感器的靈敏度將增加1/3；如果直接將防護(hù)帽去掉，傳感器的靈敏度再次增加1/3。傳感器達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，傳質(zhì)速率等于催化燃燒的反應(yīng)速率，所以流量的大小直接影響傳感器的靈敏度和反應(yīng)穩(wěn)定性。

3.2.2 通氣氣罩尺寸

在可燃?xì)怏w報(bào)警器的計(jì)量檢定中，經(jīng)常會(huì)使用氣罩輔助工具。氣罩可以防止外界空氣對(duì)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度產(chǎn)生影響，盡可能模擬實(shí)際情況下氣體擴(kuò)散的效果。在戶外檢測(cè)時(shí)，氣罩也可以有效防止風(fēng)速對(duì)通入報(bào)警器氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)流量的影響。但在JJG 693—2011中，并未對(duì)檢定用的氣罩做出具體要求，這便造成不同機(jī)構(gòu)、不同人員在通氣檢定過(guò)程的方法上產(chǎn)生差異。

3.3 檢定環(huán)境因素

3.3.1 風(fēng)、塵影響

在報(bào)警器的計(jì)量檢定過(guò)程中，環(huán)境也會(huì)對(duì)檢定結(jié)論產(chǎn)生影響。如大部分的報(bào)警器安裝在戶外，時(shí)刻受風(fēng)和灰塵的影響。所以，在戶外開展報(bào)警器檢定，必須考慮環(huán)境因素對(duì)報(bào)警器計(jì)量檢定的影響。

3.3.2 有毒氣體

環(huán)境中存在一定量的有毒有害氣體也會(huì)影響可燃?xì)怏w報(bào)警器的計(jì)量檢定結(jié)論，如含鹵素的碳?xì)漕愑袡C(jī)物、含有機(jī)硅以及硫化氫等氣體都會(huì)造成傳感器中毒。以硫化氫為例，該氣體分子結(jié)構(gòu)具有孤對(duì)電子結(jié)構(gòu)，可與敏感元件表面的催化劑形成穩(wěn)定的吸附，阻礙敏感元件與可燃?xì)獾慕佑|，從而造成傳感器的靈敏度降低[4]。

3.4 儀器的質(zhì)量因素

隨著產(chǎn)品市場(chǎng)化的深入，市場(chǎng)上報(bào)警器的種類越來(lái)越多，但儀器質(zhì)量良莠不齊。劣質(zhì)氣體報(bào)警器的計(jì)量性能不穩(wěn)定，標(biāo)定后無(wú)法穩(wěn)定維持計(jì)量性能，這不僅給當(dāng)?shù)氐挠?jì)量檢定機(jī)構(gòu)增加了工作量，也會(huì)因檢定后的儀器性能無(wú)法保證，給企業(yè)和顧客帶來(lái)使用風(fēng)險(xiǎn)[5]。當(dāng)?shù)赜?jì)量行政部門應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范市場(chǎng)行為，提高安全防護(hù)類設(shè)備儀器的市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻，讓質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的儀器儀表按照合理的價(jià)格進(jìn)入市場(chǎng)，有效保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4 結(jié)論

為保障可燃?xì)怏w報(bào)警器計(jì)量檢定結(jié)論的可靠性，檢定人員要嚴(yán)格按照J(rèn)JG 693—2011要求開展計(jì)量檢定，正確選擇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，這是保障檢定結(jié)論可靠性的前提和必要條件。另外，要高度重視規(guī)程規(guī)定之外的影響因素，如輔助設(shè)施的因素、特殊的環(huán)境因素、儀器安裝因素以及儀器產(chǎn)品質(zhì)量等。在實(shí)踐中，應(yīng)綜合考慮這些因素，有效保證檢定結(jié)論的可靠性，保證檢定后報(bào)警器滿足現(xiàn)場(chǎng)的安全使用要求。