謝延斌 孟憲波

（克拉瑪依市質(zhì)量與計量檢測所 新疆克拉瑪依 834000）

1 前言

按照應(yīng)用領(lǐng)域，可燃氣體報警器可以分為工業(yè)用氣體報警器和家用燃氣報警器；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，催化燃燒型可燃氣體報警器使用更加廣泛。本文以催化燃燒型可燃氣體報警器為對象，結(jié)合計量檢定的工作特點，討論分析影響可燃氣體報警器計量檢定結(jié)果的相關(guān)因素。

2 結(jié)構(gòu)及測量原理

固定式催化燃燒型甲烷氣體報警器外形結(jié)構(gòu)主要由表頭（顯示部件）、傳感器、報警執(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、信號轉(zhuǎn)換放大以及信號輸出顯示的作用，報警執(zhí)行器在報警時，一般會以聲光組合形式展現(xiàn)，引起操作人員注意，提醒操作人員及時處理，傳感器是催化燃燒型可燃氣體報警的核心部件，本質(zhì)上是由1個帶催化劑的敏感元件和1個不帶催化劑的補償元件組成的惠斯頓電橋測量電路[1]，詳見圖1。

圖1 惠斯頓電橋電路

圖1中，RX為敏感元件，是1個表面涂有催化劑的鉑絲電阻，R1為補償元件，R2、R3為一定阻值的標準電阻。R3與RX同時置于測量室，在新鮮空氣中，通過R1的補償作用使電橋平衡，即滿足R1RX=R3R2，此時信號輸出端UDB=0，可燃氣體進入測量室會接觸到涂有催化劑的敏感元件RX。在催化劑的作用下，可燃氣體與一同進入的空氣中的氧氣發(fā)生無焰燃燒，此時敏感元件RX的溫度就會上升。由于金屬的阻值會隨著金屬溫度的升高而增大，阻值會在原RX的基礎(chǔ)上增加一個ΔRX，導(dǎo)致電橋失去平衡。當電橋失去平衡后，就會在信號端產(chǎn)生不平衡電壓，該不平衡電壓經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換放大，變成可以識別的標準電壓信號，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應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)對環(huán)境中可燃氣體濃度的有效監(jiān)控。

3 影響可燃氣報警器計量檢定結(jié)果的相關(guān)因素

3.1 標準物質(zhì)因素

JJG 693—2011《可燃氣體檢測報警器》規(guī)定[2]，可燃氣體報警器的計量檢定需要采用與儀器檢測氣體種類相同的氣體標準物質(zhì)，若儀器未注明所測氣體種類，可以采用異丁烷或者丙烷氣體標準物質(zhì)[3]。在進行可燃氣體報警器的計量檢定時，正確選擇氣體標準物質(zhì)是保證檢定結(jié)果正確的前提。同一臺報警器在檢測相同濃度值下的不同類型可燃氣體時會有不同的示值輸出，所以應(yīng)選擇合適的氣體標準物質(zhì)。

3.2 檢定操作因素

3.2.1 通氣流量控制

從催化燃燒型可燃氣體報警器的工作原理可知，報警器計量示值的形成與其傳感器內(nèi)部的敏感元件接收可燃氣體的濃度和流量有直接關(guān)系。在相同濃度下，進入報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層擴散才能到達傳感器內(nèi)部的敏感元件與其接觸，這一擴散過程也稱為氣體的傳質(zhì)過程。傳質(zhì)速率是反應(yīng)的控制步驟，而傳質(zhì)的速率與通入報警器的氣體流量直接相關(guān)。試驗發(fā)現(xiàn)，將報警器防護帽的通氣孔增加1個型號后，傳感器的靈敏度將增加1/3；如果直接將防護帽去掉，傳感器的靈敏度再次增加1/3。傳感器達到穩(wěn)態(tài)時，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

在可燃氣體報警器的計量檢定中，經(jīng)常會使用氣罩輔助工具。氣罩可以防止外界空氣對氣體標準物質(zhì)濃度產(chǎn)生影響，盡可能模擬實際情況下氣體擴散的效果。在戶外檢測時，氣罩也可以有效防止風(fēng)速對通入報警器氣體標準物質(zhì)流量的影響。但在JJG 693—2011中，并未對檢定用的氣罩做出具體要求，這便造成不同機構(gòu)、不同人員在通氣檢定過程的方法上產(chǎn)生差異。

3.3 檢定環(huán)境因素

3.3.1 風(fēng)、塵影響

在報警器的計量檢定過程中，環(huán)境也會對檢定結(jié)論產(chǎn)生影響。如大部分的報警器安裝在戶外，時刻受風(fēng)和灰塵的影響。所以，在戶外開展報警器檢定，必須考慮環(huán)境因素對報警器計量檢定的影響。

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影響可燃氣體報警器的計量檢定結(jié)論，如含鹵素的碳氫類有機物、含有機硅以及硫化氫等氣體都會造成傳感器中毒。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氣的接觸，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)品市場化的深入，市場上報警器的種類越來越多，但儀器質(zhì)量良莠不齊。劣質(zhì)氣體報警器的計量性能不穩(wěn)定，標定后無法穩(wěn)定維持計量性能，這不僅給當?shù)氐挠嬃繖z定機構(gòu)增加了工作量，也會因檢定后的儀器性能無法保證，給企業(yè)和顧客帶來使用風(fēng)險[5]。當?shù)赜嬃啃姓块T應(yīng)進一步規(guī)范市場行為，提高安全防護類設(shè)備儀器的市場準入門檻，讓質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的儀器儀表按照合理的價格進入市場，有效保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

4 結(jié)論

為保障可燃氣體報警器計量檢定結(jié)論的可靠性，檢定人員要嚴格按照JJG 693—2011要求開展計量檢定，正確選擇標準物質(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，保證檢定后報警器滿足現(xiàn)場的安全使用要求。