筆者在目前國內(nèi)報(bào)警器校驗(yàn)檢定裝置研究基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際儀器校驗(yàn)檢定工作的需要，提出了一種新型復(fù)合式氣體報(bào)警器校驗(yàn)檢定方法，根據(jù)此方法設(shè)計(jì)了一套復(fù)合式氣體檢測報(bào)警器校驗(yàn)檢定裝置。設(shè)計(jì)目標(biāo)為其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度不大于5%（k=2），氣體稀釋裝置的重復(fù)性不大于0.5%，轉(zhuǎn)子流量計(jì)準(zhǔn)確度等級不低于4級，流量范圍為（0～1000）mL／min，采用不銹鋼材質(zhì)減壓閥，管路材質(zhì)為不銹鋼。采用PLC和上位機(jī)結(jié)合的自動控制方式，整套裝置配備校驗(yàn)檢定證書編輯軟件，可完成電子證書的編輯。該裝置提高了復(fù)合式氣體檢測報(bào)警器校驗(yàn)檢定的工作效率。
 
1　校驗(yàn)檢定裝置的設(shè)計(jì)
1　校驗(yàn)檢定方法
      復(fù)合式氣體報(bào)警器校驗(yàn)檢定裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，按功能主要由5部分組成：標(biāo)準(zhǔn)氣體存儲部分（1，7）、氣體輸送管路（3，8，10）、流量控制部分（2，4，5，6）、氣體稀釋裝置（9）、測量平臺（11），其中測量平臺主要由旋轉(zhuǎn)工作臺和密閉罩構(gòu)成。如圖1所示，6瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體分別為1瓶20.9%的氮?dú)庵醒鯕狻?瓶200mol／mol的氮?dú)庵辛蚧瘹錃怏w、1瓶2000mol／mol的氮?dú)庵幸谎趸細(xì)怏w、1瓶5%的空氣中甲烷氣體和2瓶99.999%的高純氮?dú)?，每瓶?biāo)準(zhǔn)氣體通過不銹鋼管路將氣體送入配氣系統(tǒng)中完成目標(biāo)準(zhǔn)氣體體的配制。為了防止4種氣體在配氣和校驗(yàn)檢定過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而影響標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值，儀器校驗(yàn)檢定裝置首先對復(fù)合式氣體報(bào)警器中氧氣進(jìn)行校驗(yàn)檢定，然后依次完成硫化氫、一氧化碳和甲烷的校驗(yàn)檢定，這樣可以有效防止不同種類氣體之間相互影響。

 

      在裝置運(yùn)行前，首先將預(yù)熱后的復(fù)合式氣體報(bào)警器安裝在旋轉(zhuǎn)工作臺并固定好，上位機(jī)軟件控制打開校驗(yàn)檢定裝置中氧氣和其中1瓶高純氮管道對應(yīng)的電磁閥，然后控制流量調(diào)節(jié)閥將氧氣和氮?dú)夤苈分械臍怏w流量分別調(diào)節(jié)到500mL／min和1000mL／min，在氣體稀釋裝置控制界面中輸入含氧20.9%的氧氣標(biāo)準(zhǔn)氣體和99.999%的氮?dú)?，在上位機(jī)界面輸入需配制的工作氣體濃度值和流量值并啟動氣體稀釋裝置進(jìn)行稀釋，氣體稀釋裝置根據(jù)配氣方程（1）自動計(jì)算并調(diào)節(jié)原氣中各個氣體的流量值，從而配制成所需工作標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值。配制好的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入復(fù)合式氣體報(bào)警器檢測口進(jìn)行測量，待報(bào)警器顯示數(shù)值穩(wěn)定后將氧氣濃度3次讀數(shù)值輸入到校驗(yàn)檢定軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，然后控制旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)到后面待測報(bào)警器進(jìn)行氧氣濃度的測量，直到完成所有復(fù)合式氣體報(bào)警器中氧氣濃度的測量后停止旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，并關(guān)閉氧氣鋼瓶對應(yīng)電磁閥，打開另一瓶99.999%的高純氮?dú)獾碾姶砰y，等到報(bào)警器穩(wěn)定地顯示氧氣濃度為零后關(guān)閉其中一瓶高純氮的電磁閥并開啟硫化氫管路電磁閥，報(bào)警器顯示氧氣濃度為零，說明匯流管中的氧氣已經(jīng)被排空，不影響硫化氫氣體濃度測量。此時(shí)調(diào)節(jié)好硫化氫和另一瓶高純氮?dú)怏w流量，后續(xù)的硫化氫、一氧化碳和甲烷氣體的校驗(yàn)檢定按照上述氧氣校驗(yàn)檢定過程依次進(jìn)行，完成4種氣體的校驗(yàn)檢定后，關(guān)閉所有減壓閥和氣體稀釋裝置，打開排氣閥門和抽氣泵將廢氣排放到安全區(qū)域。
 
式中：
C0配制的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，mol／mol；
LACH4(H2S，CO，O2)標(biāo)準(zhǔn)氣體流量，mL／min；
LB高純氮標(biāo)準(zhǔn)氣流量，mL／min；
ACH4(H2S，CO，O2)標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，mol／mol。
 
2　機(jī)械設(shè)計(jì)
      根據(jù)采用的校驗(yàn)檢定方法設(shè)計(jì)了一套復(fù)合式氣體檢測報(bào)警器校驗(yàn)檢定裝置，見圖2。
 
      如圖2所示，復(fù)合式氣體檢測報(bào)警器校驗(yàn)檢定裝置分為7大部分：校驗(yàn)檢定裝置工作柜、氣瓶存儲柜、氣體輸送氣路、流量控制器、氣體稀釋裝置、旋轉(zhuǎn)工作臺、上位機(jī)。其中儀器校驗(yàn)檢定工作區(qū)位于裝置上側(cè)，氣瓶存儲柜位于左下側(cè)區(qū)域，氣瓶存儲柜的右側(cè)空出來的區(qū)域用于排放廢氣。校驗(yàn)檢定裝置工作柜設(shè)計(jì)思路按照其功能進(jìn)行，主要為氣路管道、氣體稀釋裝置、旋轉(zhuǎn)工作臺、上位機(jī)等控制裝置提供支架。工作柜設(shè)計(jì)了廢氣排風(fēng)口，其作用為在裝置工作時(shí)將排放出來的有毒有害氣體安全從實(shí)驗(yàn)室中通過氣泵排出。設(shè)計(jì)的氣瓶存儲柜可同時(shí)容納6瓶標(biāo)準(zhǔn)氣瓶存放，為鋼瓶提供安全可靠地存儲空間，氣瓶存儲柜能夠有效防止鋼瓶傾斜倒地，并且設(shè)計(jì)尺寸時(shí)充分考慮到搬運(yùn)的便利性。標(biāo)準(zhǔn)氣體有毒易燃易爆等特點(diǎn)，將其被安放在通風(fēng)靠窗側(cè)并與其它區(qū)域隔離。

 

      圖3所示為儀器校驗(yàn)檢定裝置配氣系統(tǒng)氣路，配氣系統(tǒng)氣路采用不銹鋼材質(zhì)來減少在管路運(yùn)輸過程中因吸附作用造成的氣體濃度誤差。其中轉(zhuǎn)子流量計(jì)設(shè)計(jì)在靠近氣體稀釋裝置的地方，并且選擇流量均勻穩(wěn)定的直管路段進(jìn)行安裝。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級為四級且測量范圍為0～1000mL／min，轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般設(shè)定在500～800mL／min左右。氣體稀釋裝置的重復(fù)性不大于0.5%，配好的工作標(biāo)準(zhǔn)氣體通過3通管被分為兩路氣體，分別進(jìn)入旋轉(zhuǎn)工作臺上下兩層位置中對應(yīng)的被測儀器進(jìn)氣口中。在配氣系統(tǒng)中可自動輸入原氣濃度和配制目標(biāo)準(zhǔn)氣體體濃度。在設(shè)計(jì)方面，旋轉(zhuǎn)工作臺密封罩采用吸附作用較小的聚四氟乙烯材質(zhì)，旋轉(zhuǎn)工作臺分為上下兩層，被測報(bào)警器依次放在圓盤上固定，并且通過一定角度的旋轉(zhuǎn)來測量放置在工作臺上面不同位置的被測儀器。

 

      圖3中旋轉(zhuǎn)工作臺分為兩層，整個儀器校驗(yàn)檢定過程中旋轉(zhuǎn)工作臺均在密閉的空間中進(jìn)行，每層最多放置10臺復(fù)合式氣體報(bào)警器。每層復(fù)合式氣體報(bào)警器依次安裝在以旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)軸為圓心，工作臺直徑的四分之一距離為半徑的圓周上面，旋轉(zhuǎn)工作臺可以同時(shí)完成兩臺被測儀器的校驗(yàn)檢定。完成校驗(yàn)檢定后，打開旋轉(zhuǎn)工作臺下部的排氣閥，并打開抽氣泵將有毒有害的氣體排放到廢氣排放區(qū)域。
 
3　控制部分設(shè)計(jì)
      控制系統(tǒng)流程圖見圖4。上位機(jī)與PLC控制系統(tǒng)采用RS485通訊協(xié)議進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，RS485通訊方式可以穩(wěn)定地將控制信號發(fā)送到PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)采用三菱FX3U系列編程器，其與被控制部件采用RS232通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。首先在上位機(jī)Labview控制界面中通過RS485總線將控制信號發(fā)送至PLC中，PLC通過編輯的程序?qū)π盘栠M(jìn)行判斷和處理，然后將結(jié)果發(fā)送并控制不同部件的動作。在校驗(yàn)檢定過程中，控制打開不同管路的氣瓶電磁閥，流量調(diào)節(jié)閥門可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量值，上位機(jī)界面可以控制氣體稀釋裝置的開關(guān)以及相關(guān)參數(shù)的輸入和設(shè)置，旋轉(zhuǎn)工作臺主要通過底部電機(jī)驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)到下一工位。校驗(yàn)檢定完成后上位機(jī)界面可以通過開啟排氣閥門和抽氣泵將儀器校驗(yàn)檢定過程中產(chǎn)生的廢氣排放到安全區(qū)域進(jìn)行處理。

 

4　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
      上位機(jī)校驗(yàn)檢定管理系統(tǒng)示意圖見圖5。

 

      上位機(jī)校驗(yàn)檢定管理系統(tǒng)軟件程序采用Labview虛擬儀器軟件編寫。根據(jù)各部分功能的不同，上位機(jī)程序主要分為在線監(jiān)控界面、校驗(yàn)檢定控制界面、數(shù)據(jù)管理界面三大部分。其中在線監(jiān)控界面主要通過安裝在儀器校驗(yàn)檢定裝置上的攝像機(jī)對旋轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在操作過程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相關(guān)保護(hù)措施。校驗(yàn)檢定界面主要完成對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動平臺、氣體稀釋裝置、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、排氣閥和抽氣泵進(jìn)行控制操作，另外還有對實(shí)時(shí)流量值和氣體濃度值的顯示。數(shù)據(jù)庫管理界面可以完成歷史數(shù)據(jù)查詢、基本參數(shù)設(shè)定、生成儀器校驗(yàn)檢定證書等功能。Labview采用圖形化編程語言的優(yōu)點(diǎn)在于其程序代碼以流程圖或框圖的形式進(jìn)行展現(xiàn)，克服了VisualBasic等編程軟件的不足之處。整個上位機(jī)校驗(yàn)檢定管理系統(tǒng)可以利用Internet網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)對動作的遠(yuǎn)程在線控制和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸功能。

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