气体报警器计量检测数据不准的影响因素与优化路径研究
摘要
关键词
气体报警器,计量检测,数据准确性,传感器校准,误差控制
正文
一、引言
在工业生产、实验室操作以及公共服务业等领域,都需要用到气体报警器对有毒有害气体、易燃易爆气体的浓度进行监控和预警,是安全防护网的“第一道防线”。计量检测是通过对报警器示值及功能报警检测对比确定仪器符合性规定,从而保障报警准确及时可靠。但在实际检测过程中往往会存在示值误差超标、响应时间延迟、数据漂移等问题。
现有工作较多针对其中一种因素分析研究 (比如传感器老化、环境湿度等),很少将检测的全过程进行拆分。现结合不同场景的检测实际,分解分析数据不准确产生原因及传导路径,为计量检测的工作提供指导性的参考意见。
二、气体报警器计量检测数据不准的核心影响因素
(一)环境变量干扰,检测条件的非标准化
环境参数的波动对检测数据有直接影响,其影响贯穿于检测全过程。大多数传感器的温度工作范围是﹣20℃~50℃,超范围使用会导致传感器的敏感元件发生活性变化。温度过高会使电化学传感器的电极反应加快,从而引起示值偏高;反之温度过低会造成催化燃烧式传感器的反应速率下降,导致示值偏低[1]。湿度干扰更明显,相对湿度大于90%RH,传感器表面会有结露现象,形成导电通路,就会引起零点漂移。
气压与气流在不同场景其影响具有差异性,当海拔 1000 米以上的高原环境下工作时,低压可降低气体分子扩散速度,进而造成吸入式报警器采集样品不足;当检测点靠近风口或者排风扇的时候,气体被气流稀释,气体浓度不稳定。此外,被测场所混入非目标气体会造成交叉干扰,例如:酒精传感器可误将丙酮的浓度混合在一起,产生较大的误差值。
(二)设备自身缺陷,硬件性能的劣化与失准
设备运行状态决定着检测数据的质量好坏,主要体现在传感器的性能衰减及硬件系统的故障问题上。传感器具有一定的使用寿命,电化学传感器一般为1年~3年,催化燃烧传感器一般为 2年~5年[2],超期会导致传感器的灵敏度降低,如甲醇报警器传感器超期老化,在测量60ppm的标准气体时量值误差就达8%,超出规范±5%FS 的要求。
设备失准与校准间隔时间延长、校准方式不规范有着很大的关系。没有按照仪器的建议校准周期来进行校准或使用错误的标准气体校准,例如用丙烷校准气体校准甲烷报警器需。另外,硬件故障导致设备失准,比如说采样泵堵塞就会影响吸气量,电路接触不良会导致读数跳变,显示板故障则会出现读数错误。
(三)操作执行偏差,人为因素的系统性疏漏
操作人员的专业能力和规范意识会直接决定检测结果是否准确可靠,检测之前要对仪器进行充分预热,一般仪器通电 30 分钟后才能达到稳定状态,如果预热不充分则会导致示值误差扩大3~5倍[3];检测过程中不按技术规范来进行操作引入误差,比如通气流量控制错误(扩散式与吸入式仪器对通气流量要求不同)、读数时机不适当(仪器示值未稳定)、多点检测试验点间隔不符合要求等都会造成人为误差。
安装位置选择错误是固定式报警器检测的高频问题。对密度轻于空气的气体(如甲烷),报警器未安装在离地2米以上高处, 对密度重于空气的气体(如液化气),报警器未安装在离地0.3米~0.6 米处[4],导致检测点无法接触现场环境真实气体浓度,直接造成数据不准。
(四)标准体系缺陷,技术规范的适配性不足
现用标准体系滞后、对接不畅加大了数据不准问题。一是现有标准覆盖不全,暂无专门针对新型复合气体报警器的校准规范, 检测机构往往以单一气体检测标准代替,造成多组分气体测量误差偏大;二是校准周期具有一定的弹性空间,不同的行业有不同要求,有的单位为了节约成本使用周期过长,导致数据出现漂移的情况。
规范管理标准气体更是必不可少。部分检测机构使用的标准气瓶已过有效期或保存方式不正确(如将盛放有标准气体的气瓶暴露于高温环境下),致使校准的基准出现了偏差[5],比如使用失效的 CO 标准气瓶就会造成报警器数值整体偏低的问题。
三、优化计量检测数据准确性的实践路径
(一)构建标准化检测环境
建立恒温恒湿检测实验室,将温度控制在 20±2℃,相对湿度保持在 50%±5%,同时配备气压调节器实现检测气压与高原及其他极端恶劣环境相适应。现场检测要选择无强气流干扰的检测点,避开风口、排风扇等气流源,可采用便携式环境调节设备对高温高湿检测环境进行临时改善,并在检测前排查检测环境中是否存在干扰气体。
(二)实施全生命周期设备管理
制定完整的"采购﹣维护﹣校准﹣报废"全流程的设备管理制度。选择适应场景的传感器;定期对采样系统、电路等维护清理,建立设备健康档案;严格依照技术规范校准,使用有效期内的标准气体,对高频使用设备要增加全量程校准频次;传感器达到寿命周期前 3个月即启动更换程序,避免超期服役。
(三)强化人员能力建设
建立"理论培训﹣实操考核﹣持续教育"的人员培养体系。 重点培训传感器的工作原理、相关技术规范及设备的操作、示值误差的计算和校准曲线的绘制等相关知识能力,并采取"理论笔试+现场操作"进行考核,使技术人员的技术能力能够符合相关的技术规范要求。
(四)推进技术创新与标准完善
加速开展新型检测技术研发及运用,采用物联网对设备进行实时监测,降低因人工记录带来的误差,利用大数据分析,建立校准周期动态调整台账,按照实际使用情况,适时适度调整校准频次。加快滞后技术规范的修订更新,加速新型检测设备相关技术规范的制定,统一跨行业校准周期标准。加强标准气体溯源管理,建立从采购到使用的全链条质量控制体系,确保校准标准的准确性。
五、结论
气体报警器计量检测数据失真主要是环境干扰、设备缺陷、人员操作不当和校准规范缺陷等造成的,需要从整体考虑,按照构建标准化检测环境、实施全生命周期设备管理、强化人员能力、推进技术创新、加强标准完善等方面展开对误差源、误差环节的全面控制。
参考文献
[1]王永丽,崔英,张显策 .《无机化学》.2023.P151-167。
》.宁波大学学报.2025-11。
[3]谌永华等.《可燃气体检测报警器检定规程》.国家质量监督检验检疫总局,2011-12.
[4]文科武等. 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警器涉及标准. GB/T 50493-2019. 2020-01-01。
[5]李党生,付翠彦.《环境监测》.化学工业出版社.2024-05.P168-168。
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