气体检测仪在线计量装置研制

田郁郁，姚 尧，程 鹏

(天津市计量监督检测科学研究院，天津 300192)

1 概 述

随着化学工业的快速发展，易燃易爆及有毒有害气体种类随之增加，及时获知空气中目标气体的含量对避免爆炸、中毒事故非常重要。因此，各类气体检测仪被广泛应用于环境监测中，其量值准确与否事关人民生命财产安全。

气体检测仪的计量方式主要有两种：离线计量与在线计量。离线计量，即将气体检测仪拆卸，在实验室中进行计量。此种方式有以下两点不足：第一，气体检测仪与生产装置之间通常存在着复杂的耦合关系，拆卸过程中稍有疏漏，便会造成生产设备停止运行，造成不可逆的损失，且气体检测仪使用的工况、环境复杂，拆卸的工作难度高、强度大。第二，若将气体检测仪拆除，将无法及时获知生产现场有毒有害、易燃易爆气体的泄漏状况，存在巨大的安全隐患。因此，用于生产环境监测的气体检测仪多采用在线计量方式[1-2]。

2 计量方式现状调查

传统的在线计量方式需一名计量人员亲至气体检测仪安装处，通入气体标准物质，由另一名计量人员在报警控制器一端观测示值及报警状况。此种方式有以下三点不足：第一，在化工、钢铁等工厂现场，一些气体检测仪安装位置高，计量人员的高空作业具有一定的危险性。有时受管路遮挡，天梯、升降车无处安放，无法触及目标仪器[3]；第二，计量气体检测仪通常需要3个浓度值的气体标准物质，而一名工作人员无法同时携带3个浓度值的气体标准物质进入检测现场，因此造成检定效率低下；第三，计量每种量程的气体检测仪需要有相匹配浓度值的气体标准物质，市面销售的气体标准物质不能覆盖所有浓度，造成某些气体检测仪无法计量，留有安全隐患[4-5]。

3 结构设计

3.1 主体结构

一种移动式可升降的气体检测仪在线计量装置示意图如图1所示。

图1 计量装置示意图

主体结构包括一台移动车7，移动车内安装有一纵杆6，该纵杆内部中空，纵杆内套装有一探测杆5，该探测杆可相对于纵杆上下移动。探测杆的上端安装有一集气罩1，集气罩制有开口。移动车内搭载有气体动态稀释装置9、零点气体发生装置11和气体标准物质10，其中零点气体发生装置和气体标准物质的出气端通过一个三通和气体动态稀释装置的进气端导通，该气体动态稀释装置的出气端和探测杆下端导通。探测杆上端安装的集气罩用于套装在待检的气体检测仪的探头外部，进而将气体动态稀释装置的出气端和待检的气体检测仪的探头导通。

3.2 稀释装置

气体动态稀释装置采用气体动态稀释仪，其进气端安装三通。三通采用高速三通电磁阀，其优选内置在气体动态稀释仪内部，高速三通电磁阀采用微处理器进行控制，以此来调节取气后气体浓度的配比。动态稀释装置采用质量流量混合法，使用多个质量流量控制器准确控制流量，可动态稀释高浓度气体标准物质获得所需低浓度样品。

零点气体发生装置包括一个压缩机，在该压缩机的出气端安装有稳压装置和控温装置，在稳压装置的出气端安装有净化装置，净化装置包括顺次安装的过滤器、活性炭室和变色硅胶室。

3.3 探测杆

探测杆为两段式结构，其下端内部为实心结构，上端内部为中空结构。实心结构的部分套装在纵杆内部，为便于调整探测杆伸出的长度，在纵杆侧壁制出一个通槽，位于该通槽位置的探测杆外壁制出销键8，该销键为手柄状嵌在通槽内。探测杆中空结构的下端位置，在其侧壁内一体制出一个接头4，接头通过柔性管和气体动态稀释装置的出气端导通。

3.4 集气罩

集气罩安装于球头3的顶部，球头外壁制有通孔。探测杆的上端一体安装有一万向槽，球头与万向槽嵌合。万向槽和探测杆连通，集气罩经球头和万向槽与探测杆上端导通[6]。

集气罩为漏斗状，其敞口位置包覆有一层橡胶薄膜12，橡胶薄膜中部制出十字开口13，俯视图如图1所示。

集气罩的侧壁外周均匀间隔安装有多个废气收集阀2，位于集气罩外部的为废气收集阀的进气端。废气收集阀的出气端套装有气球或气囊等收集装置。

4 操作实例与分析

本计量装置使用时，操作人员首先根据待检气体检测仪的探头位置调整探测杆的高度以及集气罩的角度，使得集气罩的敞口套装在气体检测仪的探头外部。之后将零点气体发生装置和气体标准物质与气体动态稀释装置导通，零点气体发生装置调节其输出的气压，气体标准物质输出相应的标准气体，而气体动态稀释装置则将其进行混合输出适合的浓度。

适合浓度的气体经柔性管、探测杆和集气罩与气体检测仪的探头导通，进而实现对气体检测仪的在线计量测试。

本计量装置中采用纵杆配合探测杆形成一个可伸缩的结构，在对位于高处的气体检测仪进行检测时，通过调整探测杆与纵杆之间的位置来调整集气罩的高度，使其与气体检测仪高度适配。因此，气体标准物质只需放置在移动车内即可，操作人员也无需将其搬运至气体检测仪的安装位置附近。另外，气体动态稀释装置、零点气体发生装置和气体标准物质相配合可调整输入集气罩内的气体标准物质的浓度，彻底解决了一般气体稀释装置只适用于有固定输出压力的瓶装压缩气体，不适用于常压气体的问题。对于那些检测范围是微量或痕量的分析仪器，将检测范围扩大到常量，实现一机多用。

在探测杆的上端制出万向槽配合球头，调整集气罩敞口位置的水平方向，使其套装在气体检测仪的探头外部，其敞口位置安装的橡胶薄膜以及十字开口，对气体检测仪的探头进行包覆，减少气体外泄，而集气罩外壁制出的废气收集阀则可用于对外泄气体的吸附收集。

将空压机作为主体，配合稳压装置进行稳压处理。采用净化装置进行过滤和吸附，可有效去除空气中的杂质和水分。

5 结 论

气体检测仪的在线计量装置提高了气体探测器的计量效率，减少了人工操作时间，降低了有毒气体的泄漏风险，为气体计量检测提供基础保障。