解析可燃气体报警器的快速校准装置结构、原理及作用

凌超

广东省茂名市质量计量监督检测所 广东茂名 525000

可燃气体性质十分特殊，具有易燃的特点，当在环境中到一定浓度时，甚至还会出现易爆现象，为了保证可燃气体在应用的过程中具有良好的安全性，可燃气体报警器发挥了重要的作用。可燃气体报警器能够有效准确检测到其气体浓度，并具有良好的防爆效果，实现了对可燃气体危险的有效控制，而可燃气体报警器的快速校准装置具有怎样的结构、原理及作用，就是本文主要研究的内容。

1 装置结构

1.1 气路系统

可燃气体报警器的快速校准装置中，气路系统是实现可燃气体正常使用的保障，此装置主要有单向阀、原料气以及气体管路等部分组成，为了避免可燃气体受到气路管道的吸附而导致流通的不良，其气路往往通过聚四氟乙烯管路进行使用，且单向阀数量也比较多，主要是避免可燃气体发生逆流的现象。

1.2 数据采集与控制系统

数据采集与控制系统在可燃气体报警器的快速校准装置中具有重要的作用，也是此装置功能实现的必要组成，此系统转换器常使用的是CD4501或者AD625类型，此系统主要以输出的流量以及输出气体的浓度当作参考的标准，进而来计算单气路气体标准的流量，并且还要把调整后压力、温度以及流量等信号和标准的理论数值进行比较，按照比较所得到的结果数据，来对其比例的调节阀开度实施调节，保证其实际流量和理论流量具有很小的误差，则输出的实际可燃气体浓度也就和理论标准的浓度相近[1]。

1.3 比例和流量控制系统

对于比例与流量的控制系统来说，此系统主要包括比例的电磁阀、气体的流量计、温度和压力的传感器等组成，其中比例的电磁阀主要是对可燃气体的流量实施调节，调节主要将温度和压力的传感器显示的数值以及流量的测量值等作为流量调节依据，从而形成一种闭环控制的系统，来对可燃气体的比例以及流量进行科学合理的控制，通过相关研究表明，此种控制系统具有±0.4%的读数精确度，或者±0.2%的满量程。压力的传感器是对可燃气体的压力值进行检测；温度的传感器是对可燃气体温度信号进行接收；气体的流量计一般具有很高的精度，并把其安装在气体混合两气路中间位置。

2 装置原理

可燃气体报警器主要有信号的发射器、数字化通信系统以及信号的接收器等组成，在投入使用前，首先就需要对信号的接收器以及发射器光路实施校准，保证校准无误后才能正常使用。此校准装置处在一个封闭的管路环境内，对其实施校准时，一定要保证该装置在工作光路范围内，才能让发射器所发出光波的信号经过充气的校准装置后，被接收器能够成功准确的接收，在实施校准前，还要先设计一科学合理的校准要求标准，严格根据该标准进行校准，而为了提升校准的便捷性和准确性，还可以于校准装置外侧进行气泡型水准仪的安装。此装置主要有常压混合以及带压混合等两种工作方式，如果使用通过常压混合方法进行工作，则需要使用精度比较高的稳压阀与抽气泵当作供气的设备，且抽气泵需要使用真空泵，流速还要达到3L/min，如果通过带压混合方法进行工作，则减压阀和钢瓶等为其供气的设备，通过气路连接到钢瓶，在经过加压阀的稳压后，再到气体的流量计，实现对气体的检测[2]。

3 可燃气体报警器的快速校准装置功能实现

3.1 流量控制

为了有效提升装置流量的控制效率，此装置中的流量计在进行可燃气体的测量中需要通过气体层的流测量原理实施作业，流量计内气体运行中往往会通过多个气流的通路进行流通，流量计的原理图如图1所示。

图1 流量计的原理图

在对可燃气体流量的控制中，需要借助相应的公式来对各系统通路内的气体流量实施计算，来明确掌握其各系统通路内的气体实际流量，保证它们满足流量要求的标准。对上述系统原理图分析得出：流道的半径是a，直径为d=2a，在此基础上来对流量的平均流速实施计算，计算的公式为：

在流体处在层流的状态中，对可燃气体的流量控制进行计算，需要按照下述公式进行：

在此公式内，Q表示体积的流量；ΔP表示进出口的压力差，而η表示流体的粘度。流量的控制系统运行中一般需要按照所设定浓度以及气体的种类等相关参数来对气体实际的流量状况实施计算，进而使用PID算法来对比例的电磁阀实施调节，来实现对气路的流量合理的控制。

3.2 防爆功能

可燃气体报警器的快速校准装置工作的环境是十分复杂的，一般是于火灾爆炸性的危险区域进行工作，并且还会使用一些超过爆炸的下限可燃性气体标准的物质配置校准使用的标准气体，因此，为了有效的提升装置安全性能，就需要对其进行有效的防爆设计，这也是此装备具备的基本功能。此装置防爆设计主要是通过外防爆与内防爆的有效结合实现的，在管路的内部进行阻火网设置，来避免由于内部的爆炸而对装置外部的环境造成影响，导致危险的进一步恶化。在此装置中，主要包括监控单元的模块、A气路的气体流量检测以及控制的模块和B气路气体流量的检测以及控制模块等三大核心的部分，在这三大核心的部分都需要进行防爆箱设计来将实现它们的封闭效果，还要保证每防爆箱能够良好的连通，在防爆箱的连通部分需要进行引入筒的设置，主要使用通信电缆从引入筒中穿过来实现对各不同的模块之间有效的连接，于引入筒的内部进行一定环氧树脂的灌注，来对不同的空间实现隔绝。为了防止由于长时间可燃气体的泄漏和积累造成浓度升高而超过爆炸的下限，从而造成安全隐患，还需要在隔爆箱的内部进行吹扫通路的设计，且装置电气开关也要使用防爆型的开关，将操作的界面设计成触摸屏[3]。

3.3 浓度计算

在此装置的运行中，由于不同类型的气体具有的粘滞系数以及压缩系数等都具有一定差异性，这也就导致流量计进行气体测量中会出现不同程度的偏差，为了防止这种问题的出现以及处理，就需要在计算中预先对不同类型气体的粘滞系数以及压缩系数进行有效的设定。实际操作中，将A流量计具有输出的流量数据作为Qa，则B流量计具有输出的流量数据当作Qb，A路和B路压力的输出值分别是Pa和Pb，A路和B路温度的输出分别是Ta和Tb，于实验室理想的环境条件中，Ta=Tb且Pa=Pb，于标准状态中A路的流量是Qca，而B路的流量是Qcb，Za和Zb分别是气体压缩的系数，需要对环境条件进行合理的管控，对一些压缩性气体要实施有效的修正，按照理想的气体状态相关方程以及气体压缩性具有实际的流量进行计算的公式为：

在标定的报警器中，A气路进行较高浓度标准气的通入，B通路进行清洁空气的通入，如果假设A路的可燃气体浓度是Ca，则标准气的浓度输出为：

4 装置优点

此装置具有诸多的优点，也逐渐得到了广泛的应用。抗干扰的能力十分强，可燃气体报警器快速校准装置在户外十分复杂的开放环境内，比如，高温、风沙以及暴雨等自然天气中，都能够正常的运转；工作的效率十分高，此装置的校准工作能够快速准确的响应，在较短时间内就能够实现工作的完成，T90响应的时间也就5s；稳定性十分好，此装置感光板是一种新材料以及红外脉冲的光源来进行加制作的，它具有十分优秀的稳定性，在较长时间的工作中也能够保持稳定正常运行的状态，且年变化率也十分低，在2%下，发生漂移十分小；监控的范围比较广，此装置和传统的装置比较，标准可燃气体报警器快速校准装置监控的范围要更加的大，最大的监控长度也达到了120m，使用传统的装置所监控的半径最大也就达到5m[4]。

5 结语

综上所述，可燃气体报警器的快速校准装置在可燃气体防护中具有显著的效果，应用也十分广泛，为了促进其更好的发挥作用，还需要相关人员对其进行不断的探索和研究，丰富和创新其功能，从而更好的保证可燃气体的安全性。