甲烷传感器校准的正确方法

甲烷传感器校准的正确方法

梁国力

承德巨丰源煤炭有限公司

传统的甲烷传感器校准方法存在着很多弊端，本文在总结了这些弊端的基础上，指出了解决的措施，并介绍了MAJ-I型传感器校准装置和MAJ-I（K）型清洁空气充气机的原理和功能，为甲烷传感器的日常校准提出了一套科学、规范的方法。

关键词校准气体传感器校准装置充气机

当前，全国各煤矿都在深入学习宣贯AQ1029－2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用规范》，这对于指导和规范煤矿安装、使用、维护和管理煤矿安全监控系统及检测仪器具有十分重要的意义。甲烷传感器及其他电化学类传感器的日常校准，是保障煤矿安全监控系统正常运行的一个十分重要的环节，是一项常规性、基础性的工作；所以在AQ1029－2007中对甲烷传感器的日常校准做出了非常明确、详细的规定。作者经过多年艰苦不懈的探索，于前几年研发成功了MAJ-I传感器校准装置，又与最近研发出了与其配套的MAJ-I（K）清洁空气充气机，为AQ1029－2007的贯彻落实、具体实施提供了一种硬件保证，为甲烷传感器的日常校准提供了一套科学化、规范化的手段和方法。

甲烷传感器等化学类传感器是间接保障煤矿安全生产正常进行的一种重要的工作计量器具，除必须按照国家计量法律法规的规定执行强制检定外，还必须按照煤矿安全规程的规定，对这些传感器坚持进行日常的校准、维护、管理，才能确保其量值准确可靠。“校准”是“在规定条件下，为确定计量器具示值误差的一种操作”，是一种仅次于计量检定的重要的计量检测行为。但是目前，我们国内许多煤矿采用的校准手段和校准方法都不够规范、不够科学并存在着些弊端。不够规范的校准方法主要体现在两个方面。第一种不够规范的校准方法是：有关人员携带着充装有校准气体的球胆或气囊、流量计等到井下去校准正在工作着的传感器。这种校准方法存在的不便或不当之处是：①球胆、气囊虽然很轻便但却不易携带，它们是由薄橡胶皮制做而成，充足气后鼓鼓囊囊，在携带下井的路途中容易被尖锐物扎破或是因捆扎物松断造成校准气体泄漏掉；②用球胆、气囊充装校准气体，消耗、浪费的校准气体较多，这是因为相关标准中规定，为保证样

品真实性、充装一球胆气前应该用同样的气体清洗两遍，即第一遍、第二遍把球胆充足气后，得用手挤压把内部的气体赶出来，第三遍充足气后才能使用，这就会浪费掉较多的校准气体；③球胆、气囊中充装的气量小，在反复校准的过程中，还没得出正确的校准示值时，气囊中的气样就已释放完了，更谈不上去校准两个以上的传感器了；④在校准传感器时，既要用双手挤压球胆、气囊，还得想办法使玻璃转子流量计保持垂直，又得保证校准气体流量稳定并符合说明书的要求，即使是两个人同时操作的话，难度都较大并且心情很紧张，因而会造成较大的校准误差。这种校准方法还存在着些缺点和毛病，在此就不多说了。第二种较为普遍的不够规范的校准方法为：在地面上校准传感器。有的煤矿是把备用的传感器校准好了带到井下，替换正在工作的传感器，让两个传感器互换使用。正如煤矿安全标准宣贯系列教材《煤矿安全监控、监测系统》一书中所指出的那样，这种做法存有以下弊病：①频繁拆装传感器有可能损坏联结插头，产生火花，引发事故；②不能试验断电功能。调试后的传感器在运输过程中由于磕碰等原因可能产生误差，安装后数据不准确；③传感器容易损坏；④备用传感器的数量增加。而其最大的弊病是，它违背了在用传感器校准的基本原则。这个基本原则是，煤矿在用传感器的校准应当是一种“在线式”的校准，应当是一种“工艺生产线正常运行中的”校准，应当是在煤矿井下生产正常进行时的校准。否则，无法证明这台刚连接上的传感器是一台完好的传感器。

可以看出，第二种不太规范的校准方法是违背了矿用传感器校准基本原则的校准方法；而第一种不太规范的校准方法是在没有更好的校准手段、校准方法出现前的一种比较现实、比较实际的校准方法。问题就在于科学技术在进步，检测校准手段在发展，新的技术方法、新的检测校准手段出现了、问世了，为什么不能除旧布新，摒弃原始的和固有的那一套而采用新型的校准技术手段和方法呢？

如前所述，获得国家实新型专利(专利号为：ZL 2004 20092685.9，专利名称为：煤矿安全监测传感器校准装置)的MAJ-I煤矿安全监测传感器校准装置、标（校）准气样瓶（现在一般都是用8L的铝合金气瓶）和我们新研发出的MAJ-I（K）清洁空气充气机相互结合、配套，能够很完美地实现AQ1029-2007中对传感器校准所做出的规定和要求。MAJ-I传感器校准装置的基本配置（见图1），是由1个牛皮箱（用一级黄牛皮制做）、3个0.3L（或是0.27L）的微型金属气瓶（该瓶上具有开关阀、减压阀、压力表、进出气嘴）、1支精度等级为4级的流量计（其测量范围为60－600ml/min）、1支氧桥、以及

连接流量计和微型气瓶的快速接头组成的。微型金属气瓶可以通过氧桥从标准气样瓶中充装进相关的标准气体。而校准气样瓶在各煤矿的检修室或是仪器发放室里都应是正常具备的。配置标准气样瓶的初始目的是为了检修、校准便携式甲烷报警器，现在再用于向微型金属气瓶中充装相关的校准气体，也与初始目的不相冲突并都是相同的部门、相同的专业人员所使用和管理；这一点很容易实现，只要标准气样瓶中的标准气体压力高于1MPa，就可以向微型金属气瓶中充装校准气体。关键的问题在于清洁空气如何充装。地面清洁空气的高压储存、运输、保管有着成熟的技术，但主要是由于管理体制方面的原因，这个问题对煤矿现场而言就很难解决，煤矿安全仪器检修室就很难得到清洁空气高压气瓶。也正因为这个原因，我们虽然早几年就研发出了MAJ-I传感器校准装置，却没有大力把它推向市场。

经过几年来艰难的探寻和研发，与厂家合作终于在近期内研发出了MAJ-I（K）清洁空气充气机（见图2），该充气机采用了工业发达国家生产制造的微型空气压缩机为关键部件，能够向微型金属气瓶中充装地面清洁空气，从而填补了煤矿传感器校准方面存在的这一空白，使MAJ-I传感器校准装置的功能得到完善。MAJ-I(K)清洁空气充气机的微型化、仪器化、低价位使得各煤矿都能够买得起、用得上，存在着很多优点。

从事该专业的同志都很关心该充气机向微型金属气瓶中充装的这瓶清洁空气能够工作多长时间、能够校准几个传感器。通过换算公式和试验结果就可以知道这瓶气能否满足煤矿现场日常传感器校准工作的需要了。MAJ型系列矿井安全监控传感器校准装置中通常配置的微型气瓶，其容积为0.27L，充气压力到1MPa时，该气瓶中充装的空气量为0.27L×10=2.7L，即该气瓶中能够充装2.7L清洁空气。一般的校准电化学类传感器的气体流量都是在200mL/min左右，若以200ml/min为准的话，2700mL÷200mL/min≈14min，即这瓶清洁空气能工作约14min的时间。我们做过试验，把充足气的气瓶与流量计相连接，以200mL/min流量放气，这瓶气能够稳定地放约有12min的时间，这与理论计算值基本相近。校准一个传感器的电零位若以2min时间计算的话，那么这瓶气就足以校准6个传感器的电零位。现场的同志都很清楚，这就足以满足他们在一个工班的时间里校准传感器工作的需要了。完成了在一个工班里校准工作的需要返回到地面后（或是说在下一个工班下井前）再对这个气瓶充足空气，又为下一次校准传感器电零位做好了充分准备。在微型金属气瓶能够充装清洁空气的问题得到解决后，我们又进一步采用新技术、新工艺对MAJ-I传感器校准装置进行了改进，使得微型金属气瓶与流量计