一种检定辅助系统对气体分析仪检定结果的影响

汤尧旭，万宇，张轩溥（成都市计量检定测试院，成都 610056）



一种检定辅助系统对气体分析仪检定结果的影响

汤尧旭，万宇，张轩溥
（成都市计量检定测试院，成都 610056）

对自行研制的气体分析仪检定用辅助系统进行性能评定。选择多种不同测量原理及进气方式的气体分析仪，分别利用仪器自带标定罩及自行研制的检定辅助系统对仪器进行计量检定。根据试验结果，使用该系统进行检定时，6种扩散式气体分析仪的响应时间比使用标定罩时平均增加了67.2%，而示值误差平均减小了9.2%，重复性（RSD）平均减小了19.6%；4种吸入式气体分析仪的响应时间平均减小了9.3%，示值误差平均减小了0.1%，重复性平均增加了4.7%。实验结果表明该系统对准确反映扩散式气体分析仪的计量性能有明显帮助。

辅助系统；气体分析仪；扩散式；吸入式

随着我国石化、燃气工业的发展，作为探测和预警可燃、有毒气体泄漏的第一道防线，气体分析仪得到了广泛应用。气体分析仪发展潜力很大，使用量逐年递增［1］，其作用也越来越受到重视。近年来我国颁布并实施了可燃、有毒气体报警器等一系列气体分析仪的检定规程，通过法制化管理以确保相关产品的安全生产和使用［2-3］。

气体分析仪种类较多，检测原理不尽相同，扩散罩设计规范不统一，因此气体分析仪常常存在没有扩散罩、扩展罩内空间较小、分析仪进气口无法稳定安装在罩上、罩前后无法安装旁通流量计等问题。这些问题在一定程度上影响了气体分析仪检定的准确性；另一方面，对于集成有多探头的气体分析仪，或多合一气体报警器，则在技术上难以实现用扩散罩覆盖其整体［4-6］。此外，由于气体报警器在日常使用时不安装扩散罩，因此将用于标定气体浓度时使用的扩散罩应用于检定过程是错误的。综上所述，需要自行设计一套辅助系统帮助完成检定工作。

目前，国内对气体分析仪检定技术的研究大多集中于不确定度的评定［7-10］，涉及辅助系统检定气体分析仪的研究报道较少。李旦峰等［11］设计了泛用型扩散罩帮助检定气体分析仪，防风效果较好；张传远等［12］设计了检定操作台，但体积较大难以适用于户外操作。笔者选择多种不同测量原理及进气方式的气体分析仪，利用自行设计的检定辅助系统进行检定操作，以探索其对检定结果的影响，并与使用其自带扩散罩的检定结果进行了对比。

1　实验部分

1.1实验依据

JJG 693-2011 可燃气体报警器检定规程；

JJF 040-2010 毒性气体检测仪校准规范检定规程；

JJG 915-2008 氧化碳检测报警器检定规程；

JJG 635-1999 一氧化碳、二氧化碳红外线气体分析器检定规程。

1.2环境条件

室内温度：（20±0.5）℃；相对湿度：53%RH；标准气体流量：300 mL/min。

1.3主要仪器与试剂

实验所用标准气体见表1，定值单位为中国测试技术研究院。

表1　实验用气体标准物质

1.4实验方法

方法1：按照仪器说明书将仪器附送的扩散罩安装在探头上，并将气体标准物质的气路终端与标定罩对接后开展检定操作。

方法2：将仪器置入检定辅助系统中，再将标准气体接口与检定辅助系统对接，打开气瓶减压阀，待旁通流量计稳定后开展检定操作。

检测完成后关闭减压阀，待扩散罩或辅助系统内气体散尽后，更换其它浓度的气体标准物质。

2　结果与讨论

2.1吸入式气体分析仪的检定结果

按照表2对应的测试项目，对仪器A，E，H，L分别进行方法1和方法2操作，结果见表3。

表2　实验用气体分析仪及对应测试项目

表3　吸入式气体分析仪的对比试验结果

由表3可知，采用辅助系统与扩散罩分别对吸入式分析仪进行检定，实验结果差异不大。这是因为尽管各仪器的测试原理及气体检测种类不同，但测量信号的产生受仪器探头与其附近气体的接触过程，即气-固表面相互作用影响大，而吸入式气体分析仪内置采样泵，其进气流量限制了气体标准物质的吸入过程，能够控制有效气体成分与探头的接触，受外部送气方式影响小，因此采用方法2的实验结果与方法1结果相比，仅响应时间有所缩短，其余计量指标有升有降差异不大，使用辅助系统代替扩散罩不会影响仪器的计量判定。

2.2扩散式气体分析仪的检定结果

表4为扩散式气体分析仪的对比试验结果。由表4可见，采用辅助系统对扩散式分析仪进行检定，对仪器的检定结果影响显著。与吸入式分析仪不同，扩散式分析仪无采样泵，探头对气体有效成分的检测完全依靠气体分子自由扩散至探头表面以产生信号。方法1中，扩散罩由于缺乏旁路排气口或旁路排气口提供的气流率不足，罩内气体无法流畅排出，造成气体物质在标定罩内堵塞，气体浓度与标准值有所偏差；同时，旁路排出不畅会导致罩内冗余气体强行被灌压至探头内，气体分子尚未扩散充分就与探头接触，造成示值误差增大，且气体流经探头时流速过快，使得气-固表面相互作用时间远短于气体分子在探头表面的自由扩散时间，造成探头信号不稳定，波动较大，仪器重复性变差。另一方面，方法1中气体标准物质以固定流率经由标定罩送入探头，气体分子在探头附近的扩散历程快速且强制，导致仪器响应时间仅有方法2的50%左右。事实上，后者先将气体通入辅助系统，使其充分自由扩散，气体浓度达到平衡后再流经探头的历程与仪器理论测量历程及实际使用情况更符合，因此采用辅助系统代替标定罩，对扩散式仪器进行检定是有必要的。

表4　扩散式气体分析仪的对比试验结果

2.3不同原理气体分析仪的检定结果

表5为不同原理气体分析仪的对比试验结果。由表5可知，同为扩散式进气但测量原理不同的可燃气体报警器、毒性气体检测仪进行实验，采用方法2后B，D，F，G的示值误差比方法1均有减小，重复性略微增大，这说明辅助系统提供的气体浓度均匀性比标定罩更好；另一方面，B，D使用两种方法测得的响应时间之差分别为24，23 s，而F，G测得的响应时间之差分别为13，25 s，说明无论采用何种测量原理，扩散式气体检测器均适合采用方法2进行检定。

表5　不同原理气体分析仪的对比试验结果

2.4不同进气方式的气体分析仪的检定结果

表6为不同进气方式气体分析仪的对比试验结果。表6中，A，B，C，D，E，F，L，M分别为测量原理相同、进气方式不同的测试组，由表6数据可知，电化学式可燃气体报警器受进气方式影响较大，由于受内置采样泵的影响，采用方法2的示值误差几乎无变化，且重复性则波动较小，优于方法1；红外式分析仪则无影响；红外式可燃气体报警器采用方法2的示值误差有所增加，而稳定性变化较小。另一方面，对于毒性气体分析仪，进气方式对计量性能没有显著影响，这可能是由于毒性气体标准物质的浓度较低，气体浓度波动较为明显，而辅助系统延长了混气时间，减少了浓度波动对气检测结果的影响。而对于二氧化碳分析仪，采用方法2与方法1的计量性能差异很小，可以视为无影响。

表6　不同进气方式气体分析仪的对比试验结果

3　结论

与仪器自带扩散罩相比，自行设计的检定辅助装置有更大的气体容量，能提供更均匀的气体浓度，更平缓、稳定的气流与更通畅的旁路排气功能。在辅助系统中气体分子的运动历程更接近自由扩散，这和仪器实际使用环境更拟合，而扩散罩中的气体运动历程是强制扩散，无法真实反应仪器在实际使用时的性能。对于扩散式气体分析仪，响应时间受气-固表面相互作用影响而导致检定结果不准，因此使用自行设计的检定辅助系统代替扩散罩进行检定能更准确地反映仪器的计量性能；对于吸入式气体分析仪，检定辅助系统内的气体环境能够减小气流率、旁通气流等因素对仪器造成的影响，对准确反映仪器的计量性能有正向作用。

［1］ 李森.浅谈可燃气体报警器的检定［J］.中国计量，2015（1）: 110-111.

［2］ 乔浩，刘毅.可燃及有害气体检测报警器的检定［J］.中国计量，2010（3）: 116-117.

［3］ 孙树炜，张保建，高山虎.可燃气体报警器存在问题及管理措施［J］.计量与测试技术，2011，38（3）: 6-7.

［4］ 张文帅.可燃气体报警器的使用方法与检定工作探讨［J］.工业计量，2015（4）: 67-72.

［5］ 刘勇，任永彬.可燃性/有毒气体报警器在石化企业中的应用与管理［J］.辽宁化工，2014，43（12）: 1 562-1 564.

［6］ 杨明高.可燃气体报警器正确使用和常见故障处理［J］.计量与测试技术，2014，41（7）: 23-25.

［7］ 黄建华.可燃气体报警器检定测量不确定度的评定［J］.品牌与标准化，2008（22）: 30-31.

［8］ 高瑞刚.可燃气体检测报警器示值误差测量不确定度评定［J］.大众标准化，2011（s2）: 7-8.

［9］ 赵玉琴，周新光，韩崧.可燃气体检测报警器测量结果的不确定度评定［J］.计量与测试技术，2004（3）: 41-42.

［10］ 李拥军.可燃气体检测报警器示值误差的测量不确定度评定［J］.工业计量，2014（5）: 51-53.

［11］ 李旦峰，王法光.可燃气体报警器检定中检定用扩散罩的设计［J］.中小企业管理与科技，2010（5）: 161.

［12］ 张传远，王涛，岳卫萍.一种新型气体报警器检定操作台的研制［J］.化学分析与计量，2015，24（2）: 98-99.

Influence of an Auxiliary Systemon on the Verification Results of Gas Analyzers

Tang Yaoxu， Wan Yu， Zhang Xuanpu
（Chengdu Institute of Metrology Verification and Testing， Chengdu 610056， China）

Performance of auxiliary system self developed that used for verification of gas analyzer was tested. The gas analyzers with different principles of measurements and ways of air entering were chosen to take metrological verifications with special calibration covers（SCC） and auxiliary system respectively. It was shown that the gas-diffusion analyzers’response time with auxiliary system was 67.2% longer， the error of indication was 9.2% smaller， and the repeatability was 19.6% smaller than with SCC averagely. For 4 kinds of gas-suction analyzers with auxiliary system， the response time was 9.3% shorter， the error of indication was 0.1% smaller， and the repeatability was 4.7% bigger than that with SCC averagely. It demonstrated that auxiliary system was greatly help for verifying the diffusion type gas analyzers.

auxiliary system； gas analyzer； diffusion； suction

O659

A

1008-6145（2016）04-0107-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.04.029

联系人：汤尧旭；E-mail: 80976667@qq.com

2016-04-06