陆进宇，朱茜，李博，胡博

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)

线型光束可燃气体探测器的校准*

陆进宇，朱茜，李博，胡博

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)

介绍线型光束可燃气体探测器的的校准方法。对线型光束可燃气体探测器的示值误差、报警功能、响应时间、光强衰减性能和抗日光干扰性能等主要计量特性及技术指标进行校准，给出了各主要计量特性的校准条件、试验设备和具体校准方法。对两台线型光束可燃气体探测器进行了校准，其示值误差用相对误差表示分别为-5%和4%，用引用误差表示分别为-4%FS和3%FS。经验证，上述结果均未超出设定指标，响应时间等其它主要计量特性也符合方法要求。该方法校准后的计量特性及技术指标较为合理，校准方法切实可行，可以用于线型光束可燃气体探测器的校准。

线性光束；可燃气体探测器；校准

甲烷是天然气主要的可燃成分，同时也是一种强效的温室气体。在天然气的开采、运输过程中，各种形式的泄露对大气环境和人类生命财产安全均会造成严重危害。对天然气管线、石油平台或者燃气存储分离站等场所进行泄漏检测，通常选用半导体、催化燃烧或电化学式点型气体探测器。点型气体探测器仅能感知传感器周围的气体浓度，存在探测灵敏度低、响应速度慢、抗干扰能力差及易被表面污染等缺点［1-4］。为了避免恶性事故的发生及减少环境的污染，急需一种探测空间大、能够及时且准确测量危险区域甲烷气体累积浓度的线型光束可燃气体检测系统，作为点型可燃气体探测器的有益补充。

采用光谱吸收原理探测可燃性气体及蒸汽的线型光束可燃气体探测器已经开始应用于可燃气体现场的泄漏检测，例如开放式的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术。国外对TDLAS技术的研究比较多［5-7］，近几年国内也出现了对该技术的研究报道［8-9］，一些厂家相继开发了系列相关产品。该类产品可以满足大空间、大面积甲烷气体泄漏的检测需求，并具有探测灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、响应时间快等特点。

目前我国还没有出台关于线型光束可燃气体探测器的国家标准及检定规程。为了更好地服务于相关生产企业及使用单位，使该类探测器的生产及溯源更加科学和规范，笔者开发了线型光束可燃气体探测器的校准方法。该方法计量特性及指标设置合理，操作切实可行，可以满足线型光束可燃气体探测器的校准需求。

1 线型光束可燃气体探测器的原理

根据朗伯-比耳定律［10-15］，当一束强光通过待测气体后，通过检测得到输出光强I与输入光强I0的函数关系式为：

式中：I——输出光强，cd；

I0——输入光强，cd；

a(ν)——在一定频率ν下气体的吸光系数，%LEL-1·m-2(LEL为可燃性气体爆炸下限值)；

c——气体的积分浓度，%LEL·m；

L——光路长度，m。

根据以上原理设计的开放式激光甲烷气体探测系统如图1所示。通过控制发射端的工作电流和温度，可以调节激光器的扫描宽度和中心波长。输出的激光光束经过开放空间后汇聚到接收端，发射端与接收端间探测光束的传播距离通常称为探测光路长度。如果开放空间存在气体泄漏，则会有激光被吸收，光强发生变化，从而转化为电信号。电信号首先经前置放大电路进行放大，再经ADC芯片采集到DSP中，采集到的数据直接在DSP中进行快速傅里叶变换，得到气体的二次谐波和一次谐波信息，通过计算得出气体的积分浓度。

图1 开放式激光甲烷气体探测系统原理图

2 主要计量特性

2.1 示值误差

根据线型光束可燃气体探测器可以探测到大空间、大面积可燃气体的泄露，并发出报警信号的特点，将示值误差设置为校准的关键指标之一。部分生产厂家的该类探测器技术指标见表1。经实验验证，确定示值误差应不大于10%或5%FS。

表1 生产厂家线型光束可燃气体探测器技术指标

2.2 报警功能

探测器在被监视区域内，当可燃气体积分浓度达到报警设定值时，应能发出报警信号。再将探测器置于洁净环境中，应能自动或手动恢复到正常监视状态。探测器具有多级报警功能时，各级报警状态指示和输出应能明确区分。

2.3 响应时间

报警响应时间是该类仪器可靠使用的基础，参考可燃气体报警器检定规程中对响应时间的规定以及表1中的技术指标，经实验验证，确定报警响应时间应不大于5 s。

2.4 光强衰减性能

对于通常安放在室外的可燃气体探测器而言，仪器光源自身原因或其它突发因素，较易引起仪器光源的光强衰减。在一定程度光强衰减的状态下，仪器的报警功能应正常。

2.5 抗日光干扰性能

较强的日光照射会对仪器光源造成一定干扰。考察可燃气体探测器的抗日光干扰性能，要求在日光干扰条件下仪器的报警功能应正常。

3 校准条件

3.1 环境条件

温度：15～35℃；湿度：30～70%RH；大气压力：86～106 kPa。

3.2 探测光路长度

可燃气体探测器的探测光路长度应设置为最大保护距离。当探测器的最大保护距离大于10 m时，除光强衰减试验外，应采取制造商允许的措施使可燃气体探测器的保护距离为10 m并正常工作。对于其它条件下进行的试验，应采取制造商允许的措施使可燃气体探测器的保护距离满足试验的要求并保证探测器正常工作。

3.3 试验设备

3.3.1 气体标准物质

采用与探测器所测气体种类相同的气体标准物质。气体标准物质的相对扩展不确定度不大于2%(k=2)，也可采用标准气体稀释装置稀释高浓度的气体标准物质，所用稀释装置的最大稀释误差不超过±1.5%。使用流量计控制标准气体的流量，流量计的测量范围不应小于500 mL／min，准确度级别不低于4级。

3.3.2 秒表

秒表：分度值不大于0.1 s。

3.3.3 减光片

减光片的尺寸应大于接收装置或收发装置的视窗尺寸；减光片的缝隙或孔的尺寸应大于探测光束的波长；减光片对探测光束辐射通量的衰减比例的偏差应小于试验要求的1%；将减光片放入或移出探测光路的操作应在1 s内完成；探测光束应以正入射方式穿过减光片。

3.3.4 气室

气体压力为正常大气压力。探测器处于正常监视状态，将充满洁净气体的气室放入探测光路后，探测器零点的偏差应小于其量程的1%，将气室放入或移出探测光路的操作应在5 s内完成。试验期间，探测光束应以正入射方式穿过气室且气室不对探测光束造成遮挡。

3.3.5 辐射照度计

波长范围：380～780 nm；量程：0～2 000 W／m2。

4 校准方法

4.1 示值误差

将充入特定浓度气体的气室放入探测器的工作光路中，使气体积分浓度分别处于量程的25%，50%，75%左右，各保持1 min，观察并记录探测器的状态和示值，按式(2)或(3)计算探测器的示值误差。

式中：ΔC——探测器的示值误差，%或%FS；

——探测器示值的平均值，%LEL·m；

C0——通入探测器的标准值，%LEL·m；

R——探测器满量程值，%LEL·m。

4.2 报警功能

探测器处于正常监视状态10 min后，将充入浓度大于报警设定值1.2倍的可燃气体的气室置于探测器的探测光路中，使其发出报警信号。移除气室，检查并记录探测器报警状态的恢复情况。

4.3 响应时间

探测器处于正常监视状态10 min后，将充入浓度大于报警设定值1.2倍的可燃气体的气室置于探测器的探测光路中，用秒表开始计时，待探测器报警时停止计时。重复测量3次，以测量结果的平均值作为探测器的响应时间。

4.4 光强衰减

将探测光路长度设置为最大保护距离，使探测器处于正常监视状态。利用减光片将探测器的探测光束辐射通量衰减50%(室内用探测器)或90%(室外用探测器)，在此期间观察并记录探测器的工作状态。在探测光束辐射通量衰减条件下，将充入浓度大于报警设定值1.2倍的可燃气体的气室置于探测器的探测光路中时，发出报警信号，移除气室，自动或手动恢复到正常监视状态，则视为仪器光强的性能良好。

4.5 抗日光干扰

探测器处于正常监视状态。利用金属卤钨灯作为光源，使探测器接收装置视窗部位的总光照辐射强度为(800±50) W／m2，保持20 min，观察并记录探测器的工作状态。在光干扰条件下，将充入浓度大于报警设定值1.2倍的可燃气体的气室置于探测器的探测光路中时，发出报警信号；移除气室，自动或手动恢复到正常监视状态，则视为抗日光干扰性能良好。

5 结果分析与讨论

5.1 示值误差

选取两台线型光束可燃气体探测器，按照本校准方法进行示值误差测试，结果见表2。由表2可知，两台仪器的示值误差用相对误差表示分别为-5%和4%，用引用误差表示分别为-4%FS和3%FS，无论哪种表示方式，测试结果均未超出设定指标。

表2 线型光束可燃气体探测器示值误差测试结果

5.2 其它主要技术指标

分别按照本方法校准1#，2#线型光束可燃气体探测器，并分别考察其报警功能、响应时间、光强衰减性能和抗日光干扰性能4项技术指标，试验结果见表3。

表3 报警功能、响应时间、光强衰减和抗日光干扰性能试验结果

由表3可知，校准后的两台气体探测器主要计量特性及技术指标均符合方法要求。表明该校准方法给出的计量特性及技术指标较为合理，校准方法切实可行。

6 结语

对线型光束可燃气体探测器的示值误差、报警功能、响应时间、光强衰减性能和抗日光干扰性能等主要计量特性及技术指标进行校准，给出了各主要计量特性的校准条件、试验设备和具体校准方法。该方法具有一定的合理性、完整性和实用性，可供线型光束可燃气体探测器生产、检测和校准参考使用。

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第二届中国药品监管科学大会在京召开

不久前，中国药品监管科学大会(2017)在京召开。大会主题是“质量安全与创新发展”。国家食品药品监督管理总局副局长焦红出席会议并作主旨演讲。

在主题为“医疗器械的科学监管与改革创新”的演讲中，焦红指出，科学决策是科学监管的重要基础；深化审评审批制度改革是科学监管的必然要求；强化上市后监管是科学监管的重要体现；推进信息公开是科学监管的重要手段。

焦红强调，食品药品安全是重大的民生和公共安全问题，党中央、国务院高度重视，强调要用“最严谨的标准、最严格的监管、最严厉的处罚、最严肃的问责”确保食品药品安全，充分体现了食品药品监管工作在党和政府工作中的重要地位，进一步表明了党中央、国务院保障人民群众饮食用药安全的坚强决心，更是做好食品药品监管工作的重要保障。

近年来，医疗器械监管工作力度不断加大，医疗器械审评审批制度改革深入推进，审评审批质量和效率持续提高，医疗器械法规体系基本形成。总局着力把握监管中的关键点、质量管理的薄弱点、问题易发的风险点，重点梳理医疗器械生产、经营领域高风险产品和重点环节，有针对性地制定风险防控目录，采取相应监管措施。同时，总局不断加大信息公开力度，及时回应社会关切，加大对重大法规制度和监管工作举措的政策解读力度，不断拓展信息发布渠道，把信息发布工作融入到监管工作全过程。

焦红表示，中央全面深化改革领导小组会议审议通过《关于深化审评审批制度改革鼓励药品医疗器械创新的意见》，对进一步深化改革提出新要求。总局将按照改革要求，继续鼓励医疗器械研发创新。努力建设一支以专职检查员为主体、兼职检查员为补充的高水平检查员队伍。并将进一步充分发挥政府网站的强大服务功能，提高信息发布质量，增加政策解读的主动性、及时性，促进信息资源共享。

本次大会上，医药企业代表宣读了“做守法楷模 创诚信企业”百家企业诚信宣言。在主论坛环节，国家总局、卫生计生委、人社部、工信部等部门的相关负责人，以及国内外专家学者，针对当前药品监管改革措施、医药创新发展中面临的热点难点问题进行解读和研讨。大会同时设立了“食品药品监管理念与实践创新”、“生物制品监管制度改革与产业发展”、“药品流通监管制度改革与促进产业健康发展”、“药包材与药用辅料政策改革及技术创新”4个专题论坛。来自食品药品监管部门、药品生产经营企业、医药高等院校、医疗机构的专家学者，针对监管理念与实践创新、医药产业健康发展等话题进行研讨。

本次大会由中国药品监督管理研究会主办、中国健康传媒集团支持。中国工程院院士侯惠民、宁光、刘昌孝、张兴栋，工信部消费品司、国家卫生计生科教司、人社部社会保障研究所，总局办公厅、医疗器械注册司、医疗器械监管司、稽查局等司局，国家药典委员会、审核查验中心、中保委、信息中心、执业药师认证中心、中国健康传媒集团、中国食品药品国际交流中心、中国药学会等的有关负责人，以及天津、内蒙古、浙江、湖北、湖南、广东、甘肃等省(区、市)食品药品监管部门的有关负责人等近1 300人参会。

(仪器信息网)

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 文献标识码：A 文章编号：1008-6145(2017)06-0100-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.025

*国家质检总局科技计划项目(2009QK287)

联系人：李博；E-mail： zixuan100@163.com

2017-09-29