浅谈矿用氢气传感器的检测方法

        摘 要：矿用氢气传感器是煤矿常用的气体检测仪表，它能否正常工作性对于煤矿的安全生产有重要意义，因为需要对其进行全面检测，看其技术指标能够满足煤矿矿用产品的相关要求。该文详细阐述了矿用氢气传感器需要满足的主要技术指标，结合工作实际，提出了一种煤矿用氢气传感器的检测方法，工程实用证明：该方法简单、高效、可靠，能够有效地检测矿用氢气传感器是否达标，提高检测人员的工作效率和准确程度。该检测方法不仅可以供实验室检测人员借鉴，也为设计制造矿用氢气传感器提供了重要参考。

        矿用氢气传感器用于煤矿井下使用时，必须要有安标证和防爆证，要取得这两证，必须要去安标认可的实验室做相关的试验，该文主要介绍的就是矿用氢气传感器在检验机构的检测方法。煤矿气体传感器的检测通常是依据相应的AQ标准，如低浓度甲烷传感器的检测依据AQ6203-2006《煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器》，一氧化碳传感器的检测依据AQ6205-2006《煤矿用电化学式一氧化碳传感器》等，但是矿用氢气传感器目前还没有行业标准可依，因此该文介绍一种检测方法供参考。

        一、矿用氢气传感器的主要技术指标

        矿用氢气传感器的检测没有行标，我们根据行标MT209-90《煤矿通讯、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》，并参考别的气体传感器的行标检测要求，确定氢气传感器需要检测的主要技术参数如下：

        （1）工作电压；工作电流。

        （2）测量范围。

        （3）基本误差：（建议满量程误差）。

        （4）输出信号制式。宜选用如下信号制式：1、电流型2、频率型3、数字信号型。

        （5）传输距离：煤矿井下与传感器配套使用的设备通常有分站和电源箱，因此需要检测此指标，传感器使用电缆的单芯截面积为1.5mm2时，传感器与分站和电源箱的传输距离应不小于2km，分站的显示值或传感器输出信号值（此处需要转换为氢气浓度值）应该在基本误差范围内。

        （6）响应时间：不大于60s（建议）。

        （7）报警功能。

        二、主要技术指标的检测方法

        （1）试验用气样和仪表

        ①试验需要用气样：一般来说，需要在矿用氢气传感器检测范围内平均选择4个点，要准备4个点的氢气标准气样，气样应采用国家计量部门考核认证的单位提供的气样，其不确定度不大于3%。

        ②气体流量计：测量范围：30～300mL/min，准确度： 2.5级。

        ③秒表：分度值为0.01s。

        ④频率计：0～1 000kHz，准确度：≤1×10-6。

        ⑤直流稳压电源：输出电压：0～30V，输出电流：2A。

        ⑥直流电流表。

        （2）基本误差、输出信号试验

        在矿用氢气传感器检测范围内平均选择4个点进行检测。此处以测量范围：（0～500×10-6）H2为例说明：

        气体按200mL/min的流量向传感器依次通入新鲜空气、125ppmH2、250ppmH2、375ppmH24种气样。每一种浓度的气样通入3min后，读取传感器显示值和输出信号值（此处需要转换为氢气浓度值）。这个过程要重复4次，然后取检测后3次的算术平均值，均不应超过基本误差的规定。

        按式①计算误差△（%）：

        △=（Ai-An）×100/Am ①

        式中：Ai—显示值或输出信号值的平均值；

        An—标准气体的H2含量；

        Am--测量范围。

        （3）传输距离试验

        传输距离试验：将传感器与关联设备通过1.5mm2的模拟电缆，，记录关联设备的显示值或输出值（换算为氢气值），重复测定4次，取后三次算数平均值与标准值差值。电缆参数：R=12.8Ω/km单芯、L=0.8mH/km、C=0.06μF/km。

        （4）响应时间测试

        此处以测量范围：（0～500×10-6）H2为例说明：首先向传感器通入新鲜空气，待传感器零点显示值稳定后停止通入空气，立即通入375ppmH2，记录传感器的显示值此即为标定值；然后再通入新鲜空气，，待传感器零点显示值稳定后停止通入空气，再通入375ppmH2，记录传感器的显示值达到标定值90%所需要的时间；这个过程要重复3次，取其算术平均值。

        （5）报警功能测试

        此处以测量范围：（0～500×10-6）H2为例说明：将传感器的报警点设置在125ppmH2，待传感器零点显示值稳定后，缓慢通入略大于设定值报警点氢气浓度值的气样，当出现报警声、亮光信号时，记录此时传感器的显示值，同时计算设置的氢气浓度值报警点与显示值的差值。

        ①声级强度试验。

        在周围环境噪声不大于50dB（A）的情况下，设定一个能使传感器发出报警声音的氢气浓度值，将测试用的声级计放在传感器的报警声响器轴心正前方1m处，测量三次，取其算术平均值。

        ②光信号观测。

        传感器报警光信号能见度应在黑暗环境中距离传感器20m处进行观察。

        三、矿用氢气传感器的环境适应性试验

        矿用氢气传感器的环境适应性试验主要依据行标MT210-90《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法》，并参考别的气体传感器的行标检测方法确定。

        （1）工作稳定性试验

        此处以测量范围：（0～500×10-6）H2为例说明：将调整好的传感器放在气体试验室，连续运行7d，每隔24h通入250ppmH2（量程的一半）标准气样对矿用氢气传感器测量一次，记录矿用氢气传感器显示值和输出信号值。试验期间不得调整传感器。按式②计算稳定性W（%）：

        W=（Amax-Amin）×100/Am ②

        式中：Amax—读数最大值；Amin—读数最小值；Am--测量范围。

        （2）风速影响试验

        将传感器悬挂于测试风洞中，在风速为零时传感器的显示值为基准点。然后将风速调整为8m/s，人为使传感器绕悬挂轴线方向转动，寻找传感器受风速影响的位置。固定在此位置，每30s记录1次传感器显示值，共记录3次，取其算术平均值作为测定值。

        （3）工作温度试验

        ①低温工作试验。

        按MT210-90第23章的规定进行，采用非散热试验样品的温度渐变的低温试验方法，传感器通电，稳定2h后，通标准气样对矿用氢气传感器测量，测定传感器基本误差。以后每隔1h测定传感器基本误差一次，共3次。取其算术平均值作为测定值。

        ②高温工作试验。

        按MT210-90第23章的規定进行，采用非散热试验样品的温度渐变的高温试验方法，传感器通电，稳定2h后，通标准气样对矿用氢气传感器测量，采用测定传感器基本误差。以后每隔1h测定传感器基本误差一次，共3次。取其算术平均值作为测定值。

        （4）其他试验

        矿用氢气传感器还需要做低温贮存试验、高温贮存试验、交变湿热试验、振动试验、冲击试验、跌落试验，上述试验都可以按MT210-90规定的矿用产品试验方法确定。

        四、结语

        该研究者根据自己检测气体传感器的经验，依据MT209-90《煤矿通讯、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》和MT210-90《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法》，参考相关气体传感器的行标AQ6203-2006《煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器》，提出矿用氢气传感器的检测要求及检测方法，供实验室检测人员借鉴，也为设计制造矿用氢气传感器提供了参考。

        参考文献

        [1] 宋柏，刘志军.矿用气体传感器检定装置的研制[J].工矿自动化，2010（3）：81-84.

        [2] 刘志军.矿用气体传感器校验装置[C].中国计量协会冶金分会2009年年会论文集.唐山：中国自动化学会，2009.