影响可燃气体报警器检定结果的因素分析及建议

谢延斌 孟宪波

（克拉玛依市质量与计量检测所 新疆克拉玛依 834000）

1 前言

按照应用领域，可燃气体报警器可以分为工业用气体报警器和家用燃气报警器；按自身形态，可分为固定式和便携式；按传感器的工作原理，又可分为催化燃烧型和红外光学型。其中，催化燃烧型可燃气体报警器使用更加广泛。本文以催化燃烧型可燃气体报警器为对象，结合计量检定的工作特点，讨论分析影响可燃气体报警器计量检定结果的相关因素。

2 结构及测量原理

固定式催化燃烧型甲烷气体报警器外形结构主要由表头（显示部件）、传感器、报警执行器、防尘罩等部件组成。

仪器的表头内部安装有电气控制线路板，主要具有供电、信号转换放大以及信号输出显示的作用，报警执行器在报警时，一般会以声光组合形式展现，引起操作人员注意，提醒操作人员及时处理，传感器是催化燃烧型可燃气体报警的核心部件，本质上是由1个带催化剂的敏感元件和1个不带催化剂的补偿元件组成的惠斯顿电桥测量电路[1]，详见图1。

图1 惠斯顿电桥电路

图1中，RX为敏感元件，是1个表面涂有催化剂的铂丝电阻，R1为补偿元件，R2、R3为一定阻值的标准电阻。R3与RX同时置于测量室，在新鲜空气中，通过R1的补偿作用使电桥平衡，即满足R1RX=R3R2，此时信号输出端UDB=0，可燃气体进入测量室会接触到涂有催化剂的敏感元件RX。在催化剂的作用下，可燃气体与一同进入的空气中的氧气发生无焰燃烧，此时敏感元件RX的温度就会上升。由于金属的阻值会随着金属温度的升高而增大，阻值会在原RX的基础上增加一个ΔRX，导致电桥失去平衡。当电桥失去平衡后，就会在信号端产生不平衡电压，该不平衡电压经过一系列的转换放大，变成可以识别的标准电压信号，并最终成为可读数值在表头的液晶屏上显示。由于不平衡电压的大小与ΔRX大小有关，而ΔRX的大小又与通入传感器的气体浓度有关，由此可以建立气体浓度与不平衡电压间的一一对应关系，从而实现对环境中可燃气体浓度的有效监控。

3 影响可燃气报警器计量检定结果的相关因素

3.1 标准物质因素

JJG 693—2011《可燃气体检测报警器》规定[2]，可燃气体报警器的计量检定需要采用与仪器检测气体种类相同的气体标准物质，若仪器未注明所测气体种类，可以采用异丁烷或者丙烷气体标准物质[3]。在进行可燃气体报警器的计量检定时，正确选择气体标准物质是保证检定结果正确的前提。同一台报警器在检测相同浓度值下的不同类型可燃气体时会有不同的示值输出，所以应选择合适的气体标准物质。

3.2 检定操作因素

3.2.1 通气流量控制

从催化燃烧型可燃气体报警器的工作原理可知，报警器计量示值的形成与其传感器内部的敏感元件接收可燃气体的浓度和流量有直接关系。在相同浓度下，进入报警器传感器的气体流量大小直接影响传感器的灵敏度和稳定性，也影响计量检定结论的可靠性。

从传感器的结构看，气体要经历3层扩散才能到达传感器内部的敏感元件与其接触，这一扩散过程也称为气体的传质过程。传质速率是反应的控制步骤，而传质的速率与通入报警器的气体流量直接相关。试验发现，将报警器防护帽的通气孔增加1个型号后，传感器的灵敏度将增加1/3；如果直接将防护帽去掉，传感器的灵敏度再次增加1/3。传感器达到稳态时，传质速率等于催化燃烧的反应速率，所以流量的大小直接影响传感器的灵敏度和反应稳定性。

3.2.2 通气气罩尺寸

在可燃气体报警器的计量检定中，经常会使用气罩辅助工具。气罩可以防止外界空气对气体标准物质浓度产生影响，尽可能模拟实际情况下气体扩散的效果。在户外检测时，气罩也可以有效防止风速对通入报警器气体标准物质流量的影响。但在JJG 693—2011中，并未对检定用的气罩做出具体要求，这便造成不同机构、不同人员在通气检定过程的方法上产生差异。

3.3 检定环境因素

3.3.1 风、尘影响

在报警器的计量检定过程中，环境也会对检定结论产生影响。如大部分的报警器安装在户外，时刻受风和灰尘的影响。所以，在户外开展报警器检定，必须考虑环境因素对报警器计量检定的影响。

3.3.2 有毒气体

环境中存在一定量的有毒有害气体也会影响可燃气体报警器的计量检定结论，如含卤素的碳氢类有机物、含有机硅以及硫化氢等气体都会造成传感器中毒。以硫化氢为例，该气体分子结构具有孤对电子结构，可与敏感元件表面的催化剂形成稳定的吸附，阻碍敏感元件与可燃气的接触，从而造成传感器的灵敏度降低[4]。

3.4 仪器的质量因素

随着产品市场化的深入，市场上报警器的种类越来越多，但仪器质量良莠不齐。劣质气体报警器的计量性能不稳定，标定后无法稳定维持计量性能，这不仅给当地的计量检定机构增加了工作量，也会因检定后的仪器性能无法保证，给企业和顾客带来使用风险[5]。当地计量行政部门应进一步规范市场行为，提高安全防护类设备仪器的市场准入门槛，让质量可靠、性能稳定的仪器仪表按照合理的价格进入市场，有效保证人民群众的生命财产安全。

4 结论

为保障可燃气体报警器计量检定结论的可靠性，检定人员要严格按照JJG 693—2011要求开展计量检定，正确选择标准物质，这是保障检定结论可靠性的前提和必要条件。另外，要高度重视规程规定之外的影响因素，如辅助设施的因素、特殊的环境因素、仪器安装因素以及仪器产品质量等。在实践中，应综合考虑这些因素，有效保证检定结论的可靠性，保证检定后报警器满足现场的安全使用要求。