陸進(jìn)宇，朱茜，李博，胡博

(河南省計量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)*

陸進(jìn)宇，朱茜，李博，胡博

(河南省計量科學(xué)研究院，鄭州 450008)

介紹線型光束可燃?xì)怏w探測器的的校準(zhǔn)方法。對線型光束可燃?xì)怏w探測器的示值誤差、報警功能、響應(yīng)時間、光強衰減性能和抗日光干擾性能等主要計量特性及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，給出了各主要計量特性的校準(zhǔn)條件、試驗設(shè)備和具體校準(zhǔn)方法。對兩臺線型光束可燃?xì)怏w探測器進(jìn)行了校準(zhǔn)，其示值誤差用相對誤差表示分別為-5%和4%，用引用誤差表示分別為-4%FS和3%FS。經(jīng)驗證，上述結(jié)果均未超出設(shè)定指標(biāo)，響應(yīng)時間等其它主要計量特性也符合方法要求。該方法校準(zhǔn)后的計量特性及技術(shù)指標(biāo)較為合理，校準(zhǔn)方法切實可行，可以用于線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)。

線性光束；可燃?xì)怏w探測器；校準(zhǔn)

甲烷是天然氣主要的可燃成分，同時也是一種強效的溫室氣體。在天然氣的開采、運輸過程中，各種形式的泄露對大氣環(huán)境和人類生命財產(chǎn)安全均會造成嚴(yán)重危害。對天然氣管線、石油平臺或者燃?xì)獯鎯Ψ蛛x站等場所進(jìn)行泄漏檢測，通常選用半導(dǎo)體、催化燃燒或電化學(xué)式點型氣體探測器。點型氣體探測器僅能感知傳感器周圍的氣體濃度，存在探測靈敏度低、響應(yīng)速度慢、抗干擾能力差及易被表面污染等缺點［1-4］。為了避免惡性事故的發(fā)生及減少環(huán)境的污染，急需一種探測空間大、能夠及時且準(zhǔn)確測量危險區(qū)域甲烷氣體累積濃度的線型光束可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)，作為點型可燃?xì)怏w探測器的有益補充。

采用光譜吸收原理探測可燃性氣體及蒸汽的線型光束可燃?xì)怏w探測器已經(jīng)開始應(yīng)用于可燃?xì)怏w現(xiàn)場的泄漏檢測，例如開放式的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)。國外對TDLAS技術(shù)的研究比較多［5-7］，近幾年國內(nèi)也出現(xiàn)了對該技術(shù)的研究報道［8-9］，一些廠家相繼開發(fā)了系列相關(guān)產(chǎn)品。該類產(chǎn)品可以滿足大空間、大面積甲烷氣體泄漏的檢測需求，并具有探測靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強、響應(yīng)時間快等特點。

目前我國還沒有出臺關(guān)于線型光束可燃?xì)怏w探測器的國家標(biāo)準(zhǔn)及檢定規(guī)程。為了更好地服務(wù)于相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)及使用單位，使該類探測器的生產(chǎn)及溯源更加科學(xué)和規(guī)范，筆者開發(fā)了線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)方法。該方法計量特性及指標(biāo)設(shè)置合理，操作切實可行，可以滿足線型光束可燃?xì)怏w探測器的校準(zhǔn)需求。

1 線型光束可燃?xì)怏w探測器的原理

根據(jù)朗伯-比耳定律［10-15］，當(dāng)一束強光通過待測氣體后，通過檢測得到輸出光強I與輸入光強I0的函數(shù)關(guān)系式為：

式中：I——輸出光強，cd；

I0——輸入光強，cd；

a(ν)——在一定頻率ν下氣體的吸光系數(shù)，%LEL-1·m-2(LEL為可燃性氣體爆炸下限值)；

c——氣體的積分濃度，%LEL·m；

L——光路長度，m。

根據(jù)以上原理設(shè)計的開放式激光甲烷氣體探測系統(tǒng)如圖1所示。通過控制發(fā)射端的工作電流和溫度，可以調(diào)節(jié)激光器的掃描寬度和中心波長。輸出的激光光束經(jīng)過開放空間后匯聚到接收端，發(fā)射端與接收端間探測光束的傳播距離通常稱為探測光路長度。如果開放空間存在氣體泄漏，則會有激光被吸收，光強發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)化為電信號。電信號首先經(jīng)前置放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)ADC芯片采集到DSP中，采集到的數(shù)據(jù)直接在DSP中進(jìn)行快速傅里葉變換，得到氣體的二次諧波和一次諧波信息，通過計算得出氣體的積分濃度。

圖1 開放式激光甲烷氣體探測系統(tǒng)原理圖

2 主要計量特性

2.1 示值誤差

根據(jù)線型光束可燃?xì)怏w探測器可以探測到大空間、大面積可燃?xì)怏w的泄露，并發(fā)出報警信號的特點，將示值誤差設(shè)置為校準(zhǔn)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。部分生產(chǎn)廠家的該類探測器技術(shù)指標(biāo)見表1。經(jīng)實驗驗證，確定示值誤差應(yīng)不大于10%或5%FS。

表1 生產(chǎn)廠家線型光束可燃?xì)怏w探測器技術(shù)指標(biāo)

2.2 報警功能

探測器在被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，當(dāng)可燃?xì)怏w積分濃度達(dá)到報警設(shè)定值時，應(yīng)能發(fā)出報警信號。再將探測器置于潔凈環(huán)境中，應(yīng)能自動或手動恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)。探測器具有多級報警功能時，各級報警狀態(tài)指示和輸出應(yīng)能明確區(qū)分。

2.3 響應(yīng)時間

報警響應(yīng)時間是該類儀器可靠使用的基礎(chǔ)，參考可燃?xì)怏w報警器檢定規(guī)程中對響應(yīng)時間的規(guī)定以及表1中的技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)實驗驗證，確定報警響應(yīng)時間應(yīng)不大于5 s。

2.4 光強衰減性能

對于通常安放在室外的可燃?xì)怏w探測器而言，儀器光源自身原因或其它突發(fā)因素，較易引起儀器光源的光強衰減。在一定程度光強衰減的狀態(tài)下，儀器的報警功能應(yīng)正常。

2.5 抗日光干擾性能

較強的日光照射會對儀器光源造成一定干擾?？疾炜扇?xì)怏w探測器的抗日光干擾性能，要求在日光干擾條件下儀器的報警功能應(yīng)正常。

3 校準(zhǔn)條件

3.1 環(huán)境條件

溫度：15～35℃；濕度：30～70%RH；大氣壓力：86～106 kPa。

3.2 探測光路長度

可燃?xì)怏w探測器的探測光路長度應(yīng)設(shè)置為最大保護距離。當(dāng)探測器的最大保護距離大于10 m時，除光強衰減試驗外，應(yīng)采取制造商允許的措施使可燃?xì)怏w探測器的保護距離為10 m并正常工作。對于其它條件下進(jìn)行的試驗，應(yīng)采取制造商允許的措施使可燃?xì)怏w探測器的保護距離滿足試驗的要求并保證探測器正常工作。

3.3 試驗設(shè)備

3.3.1 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

采用與探測器所測氣體種類相同的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對擴展不確定度不大于2%(k=2)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)氣體稀釋裝置稀釋高濃度的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，所用稀釋裝置的最大稀釋誤差不超過±1.5%。使用流量計控制標(biāo)準(zhǔn)氣體的流量，流量計的測量范圍不應(yīng)小于500 mL／min，準(zhǔn)確度級別不低于4級。

3.3.2 秒表

秒表：分度值不大于0.1 s。

3.3.3 減光片

減光片的尺寸應(yīng)大于接收裝置或收發(fā)裝置的視窗尺寸；減光片的縫隙或孔的尺寸應(yīng)大于探測光束的波長；減光片對探測光束輻射通量的衰減比例的偏差應(yīng)小于試驗要求的1%；將減光片放入或移出探測光路的操作應(yīng)在1 s內(nèi)完成；探測光束應(yīng)以正入射方式穿過減光片。

3.3.4 氣室

氣體壓力為正常大氣壓力。探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)，將充滿潔凈氣體的氣室放入探測光路后，探測器零點的偏差應(yīng)小于其量程的1%，將氣室放入或移出探測光路的操作應(yīng)在5 s內(nèi)完成。試驗期間，探測光束應(yīng)以正入射方式穿過氣室且氣室不對探測光束造成遮擋。

3.3.5 輻射照度計

波長范圍：380～780 nm；量程：0～2 000 W／m2。

4 校準(zhǔn)方法

4.1 示值誤差

將充入特定濃度氣體的氣室放入探測器的工作光路中，使氣體積分濃度分別處于量程的25%，50%，75%左右，各保持1 min，觀察并記錄探測器的狀態(tài)和示值，按式(2)或(3)計算探測器的示值誤差。

式中：ΔC——探測器的示值誤差，%或%FS；

——探測器示值的平均值，%LEL·m；

C0——通入探測器的標(biāo)準(zhǔn)值，%LEL·m；

R——探測器滿量程值，%LEL·m。

4.2 報警功能

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)10 min后，將充入濃度大于報警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中，使其發(fā)出報警信號。移除氣室，檢查并記錄探測器報警狀態(tài)的恢復(fù)情況。

4.3 響應(yīng)時間

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)10 min后，將充入濃度大于報警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中，用秒表開始計時，待探測器報警時停止計時。重復(fù)測量3次，以測量結(jié)果的平均值作為探測器的響應(yīng)時間。

4.4 光強衰減

將探測光路長度設(shè)置為最大保護距離，使探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)。利用減光片將探測器的探測光束輻射通量衰減50%(室內(nèi)用探測器)或90%(室外用探測器)，在此期間觀察并記錄探測器的工作狀態(tài)。在探測光束輻射通量衰減條件下，將充入濃度大于報警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中時，發(fā)出報警信號，移除氣室，自動或手動恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)，則視為儀器光強的性能良好。

4.5 抗日光干擾

探測器處于正常監(jiān)視狀態(tài)。利用金屬鹵鎢燈作為光源，使探測器接收裝置視窗部位的總光照輻射強度為(800±50) W／m2，保持20 min，觀察并記錄探測器的工作狀態(tài)。在光干擾條件下，將充入濃度大于報警設(shè)定值1.2倍的可燃?xì)怏w的氣室置于探測器的探測光路中時，發(fā)出報警信號；移除氣室，自動或手動恢復(fù)到正常監(jiān)視狀態(tài)，則視為抗日光干擾性能良好。

5 結(jié)果分析與討論

5.1 示值誤差

選取兩臺線型光束可燃?xì)怏w探測器，按照本校準(zhǔn)方法進(jìn)行示值誤差測試，結(jié)果見表2。由表2可知，兩臺儀器的示值誤差用相對誤差表示分別為-5%和4%，用引用誤差表示分別為-4%FS和3%FS，無論哪種表示方式，測試結(jié)果均未超出設(shè)定指標(biāo)。

表2 線型光束可燃?xì)怏w探測器示值誤差測試結(jié)果

5.2 其它主要技術(shù)指標(biāo)

分別按照本方法校準(zhǔn)1#，2#線型光束可燃?xì)怏w探測器，并分別考察其報警功能、響應(yīng)時間、光強衰減性能和抗日光干擾性能4項技術(shù)指標(biāo)，試驗結(jié)果見表3。

表3 報警功能、響應(yīng)時間、光強衰減和抗日光干擾性能試驗結(jié)果

由表3可知，校準(zhǔn)后的兩臺氣體探測器主要計量特性及技術(shù)指標(biāo)均符合方法要求。表明該校準(zhǔn)方法給出的計量特性及技術(shù)指標(biāo)較為合理，校準(zhǔn)方法切實可行。

6 結(jié)語

對線型光束可燃?xì)怏w探測器的示值誤差、報警功能、響應(yīng)時間、光強衰減性能和抗日光干擾性能等主要計量特性及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，給出了各主要計量特性的校準(zhǔn)條件、試驗設(shè)備和具體校準(zhǔn)方法。該方法具有一定的合理性、完整性和實用性，可供線型光束可燃?xì)怏w探測器生產(chǎn)、檢測和校準(zhǔn)參考使用。

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第二屆中國藥品監(jiān)管科學(xué)大會在京召開

不久前，中國藥品監(jiān)管科學(xué)大會(2017)在京召開。大會主題是“質(zhì)量安全與創(chuàng)新發(fā)展”。國家食品藥品監(jiān)督管理總局副局長焦紅出席會議并作主旨演講。

在主題為“醫(yī)療器械的科學(xué)監(jiān)管與改革創(chuàng)新”的演講中，焦紅指出，科學(xué)決策是科學(xué)監(jiān)管的重要基礎(chǔ)；深化審評審批制度改革是科學(xué)監(jiān)管的必然要求；強化上市后監(jiān)管是科學(xué)監(jiān)管的重要體現(xiàn)；推進(jìn)信息公開是科學(xué)監(jiān)管的重要手段。

焦紅強調(diào)，食品藥品安全是重大的民生和公共安全問題，黨中央、國務(wù)院高度重視，強調(diào)要用“最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、最嚴(yán)格的監(jiān)管、最嚴(yán)厲的處罰、最嚴(yán)肅的問責(zé)”確保食品藥品安全，充分體現(xiàn)了食品藥品監(jiān)管工作在黨和政府工作中的重要地位，進(jìn)一步表明了黨中央、國務(wù)院保障人民群眾飲食用藥安全的堅強決心，更是做好食品藥品監(jiān)管工作的重要保障。

近年來，醫(yī)療器械監(jiān)管工作力度不斷加大，醫(yī)療器械審評審批制度改革深入推進(jìn)，審評審批質(zhì)量和效率持續(xù)提高，醫(yī)療器械法規(guī)體系基本形成。總局著力把握監(jiān)管中的關(guān)鍵點、質(zhì)量管理的薄弱點、問題易發(fā)的風(fēng)險點，重點梳理醫(yī)療器械生產(chǎn)、經(jīng)營領(lǐng)域高風(fēng)險產(chǎn)品和重點環(huán)節(jié)，有針對性地制定風(fēng)險防控目錄，采取相應(yīng)監(jiān)管措施。同時，總局不斷加大信息公開力度，及時回應(yīng)社會關(guān)切，加大對重大法規(guī)制度和監(jiān)管工作舉措的政策解讀力度，不斷拓展信息發(fā)布渠道，把信息發(fā)布工作融入到監(jiān)管工作全過程。

焦紅表示，中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組會議審議通過《關(guān)于深化審評審批制度改革鼓勵藥品醫(yī)療器械創(chuàng)新的意見》，對進(jìn)一步深化改革提出新要求?？偩謱凑崭母镆?，繼續(xù)鼓勵醫(yī)療器械研發(fā)創(chuàng)新。努力建設(shè)一支以專職檢查員為主體、兼職檢查員為補充的高水平檢查員隊伍。并將進(jìn)一步充分發(fā)揮政府網(wǎng)站的強大服務(wù)功能，提高信息發(fā)布質(zhì)量，增加政策解讀的主動性、及時性，促進(jìn)信息資源共享。

本次大會上，醫(yī)藥企業(yè)代表宣讀了“做守法楷模 創(chuàng)誠信企業(yè)”百家企業(yè)誠信宣言。在主論壇環(huán)節(jié)，國家總局、衛(wèi)生計生委、人社部、工信部等部門的相關(guān)負(fù)責(zé)人，以及國內(nèi)外專家學(xué)者，針對當(dāng)前藥品監(jiān)管改革措施、醫(yī)藥創(chuàng)新發(fā)展中面臨的熱點難點問題進(jìn)行解讀和研討。大會同時設(shè)立了“食品藥品監(jiān)管理念與實踐創(chuàng)新”、“生物制品監(jiān)管制度改革與產(chǎn)業(yè)發(fā)展”、“藥品流通監(jiān)管制度改革與促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”、“藥包材與藥用輔料政策改革及技術(shù)創(chuàng)新”4個專題論壇。來自食品藥品監(jiān)管部門、藥品生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)、醫(yī)藥高等院校、醫(yī)療機構(gòu)的專家學(xué)者，針對監(jiān)管理念與實踐創(chuàng)新、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展等話題進(jìn)行研討。

本次大會由中國藥品監(jiān)督管理研究會主辦、中國健康傳媒集團支持。中國工程院院士侯惠民、寧光、劉昌孝、張興棟，工信部消費品司、國家衛(wèi)生計生科教司、人社部社會保障研究所，總局辦公廳、醫(yī)療器械注冊司、醫(yī)療器械監(jiān)管司、稽查局等司局，國家藥典委員會、審核查驗中心、中保委、信息中心、執(zhí)業(yè)藥師認(rèn)證中心、中國健康傳媒集團、中國食品藥品國際交流中心、中國藥學(xué)會等的有關(guān)負(fù)責(zé)人，以及天津、內(nèi)蒙古、浙江、湖北、湖南、廣東、甘肅等省(區(qū)、市)食品藥品監(jiān)管部門的有關(guān)負(fù)責(zé)人等近1 300人參會。

(儀器信息網(wǎng))

Calibration Method of the Linear Beam Combustible Gas Detectors

Lu Jinyu, Zhu Qian, Li Bo, Hu Bo
(Henan Institute of Metrology, Zhengzhou 450008, China)

The calibration method of linear beam combustible gas detectors was introduced. The main measuring characteristics and technical indexes of linear beam combustible gas detectors such as indication error, alarm function,response time, light intensity attenuation performance and antisun interference performance were calibrated. The calibration conditions, testing equipment and calibration methods of the main measurement characteristics of combustible gas detectors with linear beam were given. The calibration of two linear beam combustible gas detectors was carried out. The indication errors were expressed as relative errors of -5% and 4%, respectively. The reference errors were expressed as- 4%FS and 3%FS, respectively. After verification, the results did not exceed the set indicators, response time and other major measurement characteristics also met the requirements of the method. The calibration method is reasonable and the calibration method is feasible, and it can be used for calibration of linear beam combustible gas detector.

linear beam; combustible gas detectors; calibration

O659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-6145(2017)06-0100-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.025

*國家質(zhì)檢總局科技計劃項目(2009QK287)

聯(lián)系人：李博；E-mail： zixuan100@163.com

2017-09-29