仪器校准

可燃气体检测报警器的原理及校准

作者：calibration    来源：未知    发布时间：2018-06-16 10:03    浏览量：
可燃气体是指能够与空气(氧气)在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇到点火源会发生爆炸，燃烧过程中释放大量能量的气体。这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时，可燃物浓度不够，没有足够燃料来维持爆炸;在高于爆炸上限时，气体浓度太高，没有足够氧气燃烧。气体只有在两个浓度之间才可能引爆，这两个浓度称为爆炸下限(LEL)、爆炸上限(UEL)，惯以百分比表示。
 仪器校准
用于检测可燃气体的报警器主要为催化燃烧式，其工作原理如下图所示:可燃气体扩散到传感器的催化燃烧室。燃烧室中两支传感器元件上的催化剂使可燃性气体进行无焰燃烧，产生热量，温度升高。温度的变化使感应电阻阻值发生变化，打破电桥平衡，产生微小的电压差信号，此信号与可燃气体浓度成正比，从而达到检测可燃气体浓度的目的。其测量结果以可燃气体爆炸下限体积
 报警器校准
然而，这种检测仪也有其局限性。以为它并不是分析仪器，不能分辨气体种类，所以在测量不同类型的气体时就需要用校准系数来修正。校准系数是待测气体实际体积分数(LEL%)与仪器显示体积分数值(以校准气体为准，测量显示的体积分数)的比值。催化燃烧式气体报警器检测的主要是气体在催化燃烧时释放的燃烧热。不同气体发生反应的催化燃烧热不同，校准系数也各不相同。可燃气体在爆炸下限 L 下与其燃烧热 Q 的乘积接近于某一常数。这种特性就是可燃气体的等热值特性。无论是单一气体还是混合气体都存在这样的规律。这说明爆炸下限与燃烧热近于成反比，即可燃气体摩尔燃烧热越大，其爆炸下限就越低。各同系物的 L 下 Q 都近于一个常数。可燃气体的爆炸下限各不相同，但在爆炸下限浓度完全燃烧时释放出热量基本相同。以此为衡量标准，只要燃烧时释放出热量达到了某一数值，就可近似认为:待测气体体积分数达到了爆炸下限，及 100%LEL。但此关系不适用于氢气、乙炔、二硫化碳等少数可燃气体。下表是部分可燃气体在爆炸下限浓度与其摩尔燃烧热乘积的数值。
 
在实际应用中，气体经过催化在较低温度下发生无焰燃烧时释放的热量与其完全燃烧释放的热量有所不同，在不同气体之间显示了较大的差异。所以，当校准气体与待测气体不同时，应用校准系数修正。具体原因分析如下:
(1)爆炸下限浓度与其摩尔燃烧热乘积的数值不同;
(2)检测器的催化剂选料、工艺、涂层厚度、催化温度的影响;
(3)不同气体闪电、挥发性不同，能进入检测器内气体比例也不同;根据理研公司的研究报告，使用异丁烷为标准气体校准仪器时，各类可燃气体的校准系数都近似为 1。所以，一般用异丁烷作为标准气体对可燃气体检测报警器进行校准。但对氢气、一氧化碳、硫化氢、乙炔、二硫化碳等气体偏差较大，在具体检测时，应特别注意。下表是理研公司提供的以异丁烷作为标准气体的校准因子
 仪器校准
校准可燃气体检测报警器的注意事项:
(1)要求通风良好。对于扩散式可燃气体检测报警器，如果缺乏良好的通风条件，很容易使某部位空气中的可燃气体含量接近或达到发生危险下限浓度，造成校准结果的不准确。
(2)无干扰被测成分。电磁环境对可燃气体报警器的影响因素主要有以下三个方面:人体静电、电源及其他输入输出线上的窄脉冲群以及空中电磁波干扰。
(3)流量控制。由于可燃气体报警器多是催化燃烧性的传感器，流量的大小直接影响校准结果的准确度。报警器在一定的流量范围内才能保持较高的灵敏度，过高或过低都会对灵敏度产生比较大的影响。当流量小于测量要求时会使传感器原件表面达不到真实的浓度，可燃气体燃烧后得不到新气体及时补充，燃烧不能继续进行，因此灵敏度很低。气体流量增大后，热效应相应增加，灵敏度逐渐上升，当气体流量继续加大后，过大的气流又会使元件散热增大，反而降低了灵敏度，当流量大于测量要求时，准确度下降，一般仪器在设计时，厂家已经通过反复试验选择了最佳气体流量，大部分控制在500ml/min 就可以了，个别报警器要求在 350ml/min 左右，当然同时要保持流量的稳定均匀，不能忽上忽下，否则容易造成检定示值的波动。流量过大，也容易损坏传感器。当气体流量很小时，检定吸入式报警器一定要用旁路流量计，否则容易造成校准结果偏差。
(4)标定罩问题。一般每个厂家都有自己的专用标定罩，有时在实际校准中也会以自封袋或自制标定罩代替，但无论采用什么样的标定罩都必须注意，一是严禁标定罩过紧，没有溢流口产生正压，这样会影响检定结果。二是严禁过松，导致外界气体进入，使得标准气体实际值偏小，影响校准结果。
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