一氧化碳报警器论文红外报警器论文

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一氧化碳报警器的工作原理及检定方法研究

摘要:文章分析了一氧化碳报警器的工作原理,及各种报警器的优缺点,并对其检定方法进行了深入研究。

关键词:一氧化碳报警器;检定方法;催化燃烧式;电化学式;红外线式;半导体式 0引言

由于生产条件的限制,钢铁企业在炼钢、炼铁过程中产生的一氧化碳气体非常容易聚集在工人生产或休息区域,造成重大的人身伤害事故,威胁企业安全生产。因此,深入研究一氧化碳报警器的工作原理及其检定方法,确保其检测数据准确可靠、及时报警,是十分必要的。 1一氧化碳报警器的工作原理

一氧化碳报警器按所使用的传感器分为红外式、半导体式、催化燃烧式、电化学一氧化碳报警器等。

红外线式一氧化碳报警器利用不同气体对红外光选择吸收的特点,将一束红外光线同时分别穿过比较室(内装特定气体)与测量室(内部流过待测气体)。由于穿过测量室特定波长的光波被吸收,使两束光波的光强度产生差异,最后由电容微音器把光强度差异转换成电信号输出,检测出气体浓度。红外式一氧化碳报警器的测量灵敏度和精度较高,稳定性好,抗交叉气体干扰能力强,但维护较为复杂,价格昂贵,适合实验室使用。

半导体式一氧化碳气体报警器利用半导体材料吸附气体后,其电阻率显著变化的特点,将半导体型一氧化碳传感器作为敏感元件,检测气体含量。要求其敏感元件恒温在200℃左右时能快速响应,因此需要给其增加电热丝加热,提供比较大的电流。此类报警器价格低廉,一般使用寿命可达五年。缺点是设定的报警值容易发生漂移,运行时受外界环境影响较大。当温度、湿度甚至风变化较大时,对其精确测量都有较大影响;容易受到酒精、氮氧化物、氢气、烷类等气体的交叉干扰,发生误报。不适用于精度要求较高,且温差较大的环境。 催化燃烧式一氧化碳报警器的传感器,有一对催化燃烧式检测元件,其中一个元件对一氧化碳气体非常敏感(该元件上涂有多层催化剂),另一个元件不敏感,用于补偿环境温度变化。这一对检测元件与另一对高精度电阻构成惠斯登电桥。当一氧化碳气体接触这种被催化物覆盖的传感器表面时,在催化剂的作用下敏感元件发生氧化反应,催化燃烧(阻燃,不会引燃外界可燃气体),气体燃烧时释放出热量,导致铂丝温度升高 (可达400℃～500℃),使其电阻阻值发生变化,造成电桥失衡,产生电信号。传感器将此模拟信号通过数模转换成数字信号,在浓度指示仪上显示,达到一定浓度时,连接的报警装置发出报警。此类报警器对气体爆炸下限以下浓度的气体含量,其输出信号接近线性,稳定性好。缺点是当检测气体中含有硫化物、氯化物、氢气等时,对检测精度影响较大。

电化学式一氧化碳报警器大多使用恒电位电解法传感器。其结构主要是在电解池内安装三个电极,即工作电极、对电极和参比电极。工作时施以一定的极化电压,被测气体透过多孔四氟乙烯薄膜到达工作电极,发生氧化还原反应,传感器此时输出相应的电流,此电流与被测气体的浓度成一定的函数关系,这个电流信号经采样变为电压信号放大后,经电压/电流转化电路,将变化的电压信号变为电流信号输出给主机,驱动不同的执行装置,完成声、光和电等检测与报警功能。此类报警器体积小,重量轻,且具有较高的灵敏度;采用零功耗电化学传感器作为敏感元件,无需加热,非常适合配合低功耗的检测电路采用电池供电;在低浓度下线性度较好,有很好的线性测量范围以及很高的选择性;抗交叉气体干扰能力很强。使用期限一般为三年,也有五年或更长时间的。目前大多数一氧化碳报警器采用电化学式传感器。缺点是电化学一氧化碳传感器长期暴露在无氧气体样品、酒精、油漆等刺激性溶剂中,会影响其灵敏度和寿命,甚至会失效,价格相对较贵。 2一氧化碳报警器检定方法的研究

依据国家计量检定规程(JJG915-2008), 应对一氧化碳报警器的报警设定值及报警功能、示值误差、重复性、响应时间、漂移等参数进行检定。但是,仅仅知道仪器的工作原理进行检定是不够的,根据一氧化碳报警器的工作原理和性能特点,按图1所示连接好标准气体、流量控制器和被检仪器。对检定过程中的具体方法分析如下图:

(1)检定环境应当温度保持在(0～40)℃,相对湿度保持在≤85%,同时要求通风良好,无影响仪器正常工作的电磁干扰。

(2)在检定报警器前,需要拿到报警器说明书,了解仪器工作原理、量程等基本信息;其次对报警器是否正常工作做出准确的判断。通入标准气体后报警器没有反应,要看看探头是否有杂物(锈、灰尘等)堵塞,若有则可用压缩空气吹除掉;标气种类选择是否正确,线路是否有故障,还是探头传感器失去作用。

(3)标气流速的选择:根据被检仪器采样方式的不同,使用流量控制器控制标准气体的流量。检定扩散式仪器时,流量应根据仪器说明书的要求,如果仪器说明书没有明确要求,则一般控制在

(200±50)mL/min范围;检定吸人式仪器时,必须保证流量控制器中的旁通流量计有流量放空。在每次使用管子的时候要注意它的气密性,防止由于管路的漏气造成数值的不真实显示。对于不同浓度的标准气体,在检定通气时要流量稳定、均匀,检定的数值才能准确、可靠。 (4)示值误差的检定: 应当在仪器通电预热稳定后再检定。因为,在接通电源后有些传感器要经过一定时间的预热才会稳定下来,在此期间显示器指针可能会有些摆动,这只是一种过渡状态,并非探测器失灵,因此保证足够时间的预热稳定也是保证基本误差真实可靠的重要措施;同时在检定示值误差时应先把该仪器满量程标定出来,可达到节约标准气体的目的。

(5)重复性的检定:由于重复性是在示值误差的检定之后去做的,因此不能简单地把示值误差的数据拿来用,要重新去做,得出数值。在正常的工作条件下,通入零点气体校准零点,再通入浓度约为70%测量范围上限的标准气体。

(6)报警误差的检定:每种仪器有其相应的报警点,这在出厂时已设定好,因此要按仪器说明书中设定的报警点对其进行标定,通人浓度约为1.5 倍仪器报警(下限)设定值的标准气体。此标准气体浓度不能太小,也不能太大,否则不利于读数,或直接影响读数。 (7)响应时间的检定:一般按检定规程要求去做即可达到目的,同时要强调保证每次通入气体量的稳定、匀速。

(8)由于一氧化碳气体有毒,浓度达到1.6×10-9时,20min即可使人产生头痛、呕吐,2小时致人死亡。因此,在检定时不仅要注意残留气体对检定的影响,同时要注意检定排出气体对人体的影响,增加必要的设备进行通风排风,保证室内空气清洁。 3结语

通过对各种一氧化碳报警器的原理分析,对其优缺点有了透彻的认识,并对一氧化碳报警器的检定方法进行了独到的研究,并在实际检定过程中取得了很好的效果。 参考文献

[1] 沈健.浅谈钢铁企业中一氧化碳检测报警器的检定方法[C].江苏省计量测试学术论文集,2008,

[2] 一氧化碳检测报警器检定规程(JJG915-2008)[S].