甲烷傳感器的校準(zhǔn)方法

目前，全國(guó)各地的所有礦山都在深入了解aq1029-2007年《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、檢測(cè)儀器使用規(guī)范》，這對(duì)指導(dǎo)和規(guī)范煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和檢測(cè)儀器非常重要。甲烷傳感器及其他電化學(xué)類(lèi)傳感器的日常校準(zhǔn),是保障煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié),是一項(xiàng)常規(guī)性、基礎(chǔ)性的工作;所以在AQ1029-2007中對(duì)甲烷傳感器的日常校準(zhǔn)做出了非常明確、詳細(xì)的規(guī)定。甲烷傳感器等化學(xué)類(lèi)傳感器是間接保障煤礦安全生產(chǎn)正常進(jìn)行的一種重要的工作計(jì)量器具,除必須按照國(guó)家計(jì)量法律法規(guī)的規(guī)定執(zhí)行強(qiáng)制檢定外,還必須按照煤礦安全規(guī)程的規(guī)定,對(duì)這些傳感器堅(jiān)持進(jìn)行日常的校準(zhǔn)、維護(hù)、管理,才能確保其量值準(zhǔn)確可靠。“校準(zhǔn)”是“在規(guī)定條件下,為確定計(jì)量器具示值誤差的一種操作”,是一種僅次于計(jì)量檢定的重要的計(jì)量檢測(cè)行為。但是目前,我們國(guó)內(nèi)許多煤礦采用的校準(zhǔn)手段和校準(zhǔn)方法都不夠規(guī)范、不夠科學(xué)并存在著些弊端。不夠規(guī)范的校準(zhǔn)方法主要體現(xiàn)在2個(gè)方面。第一種是有關(guān)人員攜帶著充裝有校準(zhǔn)氣體的球膽或氣囊、流量計(jì)等到井下去校準(zhǔn)正在工作著的傳感器。這種校準(zhǔn)方法存在的不便或不當(dāng)之處是:①球膽、氣囊雖然很輕便但卻不易攜帶,它們是由薄橡膠皮制做而成,充足氣后鼓鼓囊囊,在攜帶下井的路途中容易被尖銳物扎破或是因捆扎物松斷造成校準(zhǔn)氣體泄漏掉;②用球膽、氣囊充裝校準(zhǔn)氣體,消耗、浪費(fèi)的校準(zhǔn)氣體較多,這是因?yàn)橄嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,為保證樣品真實(shí)性、充裝一球膽氣前應(yīng)該用同樣的氣體清洗兩遍,即第一遍、第二遍把球膽充足氣后,得用手?jǐn)D壓把內(nèi)部的氣體趕出來(lái),第三遍充足氣后才能使用,這就會(huì)浪費(fèi)掉較多的校準(zhǔn)氣體;③球膽、氣囊中充裝的氣量小,在反復(fù)校準(zhǔn)的過(guò)程中,還沒(méi)得出正確的校準(zhǔn)示值時(shí),氣囊中的氣樣就已釋放完了,更談不上去校準(zhǔn)兩個(gè)以上的傳感器了;④在校準(zhǔn)傳感器時(shí),既要用雙手?jǐn)D壓球膽、氣囊,還得想辦法使玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)保持垂直,又得保證校準(zhǔn)氣體流量穩(wěn)定并符合說(shuō)明書(shū)的要求,即使是兩個(gè)人同時(shí)操作的話,難度都較大并且心情很緊張,因而會(huì)造成較大的校準(zhǔn)誤差。這種校準(zhǔn)方法還存在著些缺點(diǎn)和毛病,在此就不多說(shuō)了。第二種是較為普遍的在地面上校準(zhǔn)傳感器。有的煤礦是把備用的傳感器校準(zhǔn)好了帶到井下,替換正在工作的傳感器,讓兩個(gè)傳感器互換使用。這種做法存有以下弊病:①頻繁拆裝傳感器有可能損壞聯(lián)結(jié)插頭,產(chǎn)生火花,引發(fā)事故;②不能試驗(yàn)斷電功能。調(diào)試后的傳感器在運(yùn)輸過(guò)程中由于磕碰等原因可能產(chǎn)生誤差,安裝后數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;③傳感器容易損壞;④備用傳感器的數(shù)量增加。而其最大的弊病是,它違背了在用傳感器校準(zhǔn)的基本原則。這個(gè)基本原則是,煤礦在用傳感器的校準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是一種“在線式”的校準(zhǔn),應(yīng)當(dāng)是一種“工藝生產(chǎn)線正常運(yùn)行中的”校準(zhǔn),應(yīng)當(dāng)是在煤礦井下生產(chǎn)正常進(jìn)行時(shí)的校準(zhǔn)。否則,無(wú)法證明這臺(tái)剛連接上的傳感器是一臺(tái)完好的傳感器。獲得國(guó)家實(shí)新型專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)為:ZL200420092685.9,專(zhuān)利名稱為:煤礦安全監(jiān)測(cè)傳感器校準(zhǔn)裝置)的MAJ-I煤礦安全監(jiān)測(cè)傳感器校準(zhǔn)裝置、標(biāo)(校)準(zhǔn)氣樣瓶(現(xiàn)在一般都是用8L的鋁合金氣瓶)和我們新研發(fā)出的MAJ-I(K)清潔空氣充氣機(jī)相互結(jié)合、配套,能夠很完美地實(shí)現(xiàn)AQ1029-2007中對(duì)傳感器校準(zhǔn)所做出的規(guī)定和要求。MAJ-I傳感器校準(zhǔn)裝置的基本配置是由1個(gè)牛皮箱(用一級(jí)黃牛皮制做)、3個(gè)0.3L(或是0.27L)的微型金屬氣瓶(該瓶上具有開(kāi)關(guān)閥、減壓閥、壓力表、進(jìn)出氣嘴)、1支精度等級(jí)為4級(jí)的流量計(jì)(其測(cè)量范圍為60～600mL/min)、1支氧橋、以及連接流量計(jì)和微型氣瓶的快速接頭組成的。微型金屬氣瓶可以通過(guò)氧橋從標(biāo)準(zhǔn)氣樣瓶中充裝進(jìn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)氣體。而校準(zhǔn)氣樣瓶在各煤礦的檢修室或是儀器發(fā)放室里都應(yīng)是正常具備的。配置標(biāo)準(zhǔn)氣樣瓶的初始目的是為了檢修、校準(zhǔn)便攜式甲烷報(bào)警器,現(xiàn)在再用于向微型金屬氣瓶中充裝相關(guān)的校準(zhǔn)氣體,也與初始目的不相沖突并都是相同的部門(mén)、相同的專(zhuān)業(yè)人員所使用和管理;這一點(diǎn)很容易實(shí)現(xiàn),只要標(biāo)準(zhǔn)氣樣瓶中的標(biāo)準(zhǔn)氣體壓力高于1MPa,就可以向微型金屬氣瓶中充裝校準(zhǔn)氣體。關(guān)鍵的問(wèn)題在于清潔空氣如何充裝。地面清潔空氣的高壓儲(chǔ)存、運(yùn)輸、保管有著成熟的技術(shù),但主要是由于管理體制方面的原因,這個(gè)問(wèn)題對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)而言就很難解決,煤礦安全儀器檢修室就很難得到清潔空氣高壓氣瓶。也正因?yàn)檫@個(gè)原因,我們雖然早幾年就研發(fā)出了MAJ-I傳感器校準(zhǔn)裝置,卻沒(méi)有大力把它推向市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)艱難的探尋和研發(fā),我們終于在近期內(nèi)研發(fā)出了MAJ-I(K)清潔空氣充氣機(jī),該充氣機(jī)采用了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)制造的微型空氣壓縮機(jī)為關(guān)鍵部件,能夠向微型金屬氣瓶中充裝地面清潔空氣,從而填補(bǔ)了煤礦傳感器校準(zhǔn)方面存在的這一空白,使MAJ-I傳感器校準(zhǔn)裝置的功能得到完善。MAJ-I(K)清潔空氣充氣機(jī)的微型化、儀器化、低價(jià)位使得各煤礦都能夠買(mǎi)得起、用得上,存在著很多優(yōu)點(diǎn)。從事該專(zhuān)業(yè)的同志都很關(guān)心該充氣機(jī)向微型金屬氣瓶中充裝的這瓶清潔空氣能夠工作多長(zhǎng)時(shí)間、能夠校準(zhǔn)幾個(gè)傳感器。通過(guò)換算公式和試驗(yàn)結(jié)果就可以知道這瓶氣能否滿足煤礦現(xiàn)場(chǎng)日常傳感器校準(zhǔn)工作的需要了。MAJ型系列礦井安全監(jiān)控傳感器校準(zhǔn)裝置中通常配置的微型氣瓶,其容積為0.27L,充氣壓力到1MPa時(shí),該氣瓶中充裝的空氣量為0.27L×10=2.7L,即該氣瓶中能夠充裝2.7L清潔空氣。一般的校準(zhǔn)電化學(xué)類(lèi)傳感器的氣體流量都是在200mL/min左右,若以200mL/min為準(zhǔn)的話,2700mL÷200mL/min≈14min,即這瓶清潔空氣能工作約14min的時(shí)間。我們做過(guò)試驗(yàn),把充足氣的氣瓶與流量計(jì)相連接,以200mL/min流量放氣,這瓶氣能夠穩(wěn)定地放約有12min的時(shí)間,這與理論計(jì)算值基本相近。校準(zhǔn)一個(gè)傳感器的電零位若以2min時(shí)間計(jì)算的話,那么這瓶氣就足以校準(zhǔn)6個(gè)傳感器的電零位。現(xiàn)場(chǎng)的同志都很清楚,這就足以滿足他們?cè)谝粋€(gè)工班的時(shí)間里校準(zhǔn)傳感器工作的需要了。完成了在一個(gè)工班里校準(zhǔn)工作的需要返回到地面后(或是說(shuō)在下一個(gè)工班下井前)再對(duì)這個(gè)氣瓶充足空氣,又為下一次校準(zhǔn)傳感器電零位做好了充分準(zhǔn)備。在微型金屬氣瓶能夠充裝清潔空氣的問(wèn)題得到解決后,我們又進(jìn)一步采用新技術(shù)、新工藝對(duì)MAJ-I傳感器校準(zhǔn)裝置進(jìn)行了改進(jìn),使得微型金屬氣瓶與流量計(jì)之間由以前的橡膠管式的、金屬短接式的連接方式改進(jìn)成了快速接頭式的連接方式(見(jiàn)圖1),這就使得有關(guān)人員在煤礦井下黑暗、惡劣的環(huán)境里進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)操作更為便捷、更省時(shí)省力,一個(gè)人就可以完成校準(zhǔn)操作的全過(guò)程?？傊?經(jīng)過(guò)持續(xù)改進(jìn)的MAJ-I傳感器校準(zhǔn)裝置以及與其配套的MAJ-I(K)清潔空氣充氣機(jī),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)礦用傳感器校準(zhǔn)缺少有效手段和方法