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Research on Calibration System for Gas Detection Alarms Based on MCGS
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摘要: 连续在线监测气体检测报警器多数为4～20mA模拟电信号输出，其气体种类复杂、生产厂家较多、规格型号千差万别，且检校过程中接线操作复杂。目前没有检校系统可以有效的开展各种4～20mA模拟电信号输出的报警器的检校，检定效率极低。设计一种基于通用监控系统（MCGS）嵌入式组态软件的检校系统，该检校系统具有普适性，可一次性对多个气体检测报警器电信号进行自动采集、智能处理、结果判断。实验表明，该检校系统采集的电信号准确可靠；通气试验中各通道之间的示值误差分布较为集中，且系统自动运算所得数据与国家检定规程规定方法测得的数据相比，示值误差的总体变化趋势一致，系统自动运算功能提高了气体检测报警器检校工作效率。Abstract: Most continuous on-line gas detection alarms output 4–20 mA analog electrical signals. These devices involve complex gas types, numerous manufacturers, a wide variety of specifications and models, and require intricate wiring operations during calibration. Currently, no calibration system can efficiently handle the calibration of various alarms with 4–20 mA analog signal outputs, resulting in low calibration efficiency. This paper presents a calibration system based on embedded configuration software (MCGS), which offers universality and can automatically collect, intelligently process, and judge the results of multiple gas detection alarm signals simultaneously. Experimental results show that the electrical signals collected by the calibration system are accurate and reliable. During the ventilation test, the indication errors among the channels were relatively consistent, and the overall trend of the indication error was aligned between the system's automatic calculations and the data obtained from the national verification regulation's prescribed method. The system's automatic calculation function significantly improves the calibration efficiency of gas detection alarms.
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Key words:
- metrology /
- gas detection alarms /
- calibration system /
- multi-channel /
- MCGS /
- automatic operation /
- portable
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图 5 检校系统8通道示值超差与传统方法示值误差比对
Figure 5. Comparison of indication errors between the 8-channel calibration system and the traditional method
表 1 检校系统模块
Table 1. Function of the calibration system modules
模块名称 功能说明 类型选择 选择被检气体检测报警器的类型，主要有可燃气体检测报警器、氨气检测仪等 信息录入 录入被检仪器的计量单位、量程、检定所用气体标准物质数值、连续记录采样时间 示值误差 嵌入三个分界面，分别为标气1、标气2、标气3状态下的8个被检气体检测报警器的示值误差计算，界面内有连续采样、单次采样两种采样模式，采样结束后根据规程要求自动判断示值误差是否合格 重复性 根据计量检定规程、校准规范要求，对气体检测报警器进行重复性实验，采样有连续采样、单次采样两种模式，采样结束后根据规程要求自动判断是否符合要求 响应时间 根据计量检定规程、校准规范要求，进行响应时间实验，当实时浓度到达响应时间的目标浓度时自动记录响应时间，采样有连续采样、单次采样两种模式，采样结束后根据规程要求自动判断是否合格 
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表 2 标准电流下校准系统AD值
Table 2. AD value of the calibration system at standard current
电流标准值（mA） 4 6 8 10 12 14 16 18 20 AD值 494 741 988 1235 1482 1729 1976 2223 2470
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表 3 检校系统计量性能验证实验
Table 3. Measurement performance verification experiment of the calibration system
标准电流（mA） 各通道电流值（mA） 1 2 3 4 5 6 7 8 4 4.00 3.99 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 12 12.01 12.00 12.00 12.01 12.00 12.00 12.00 12.01 20 20.01 19.99 20.01 20.01 19.99 20.00 20.00 20.00
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表 4 传统方法检定的示值误差
Table 4. Indication error of the traditional verification method
标气浓度
（%LEL）示值误差（%FS） 平均值
（%FS）1 2 3 4 5 10.6 −2.6 −1.9 −1.6 −1.7 −2.0 −2.0 41.2 −2.2 −1.5 −0.9 −1.1 −1.5 −1.4 61.0 −1.0 −1.0 −0.7 −1.1 −0.9 −0.9
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表 5 使用检校系统检定的示值误差
Table 5. Indication error of the calibration system
标气浓度
（%LEL）通道 示值误差（%FS） 平均值
（%FS）1 2 3 4 5 10.6 1 −1.5 −1.7 −1.4 −1.3 −1.6 −1.5 2 −1.6 −1.6 −1.5 −1.6 −1.4 −1.5 3 −1.7 −1.7 −1.4 −1.5 −1.6 −1.6 4 −1.6 −1.8 −1.5 −1.4 −1.7 −1.6 5 −1.8 −1.5 −1.4 −1.3 −1.5 −1.5 6 −1.8 −1.6 −1.6 −1.4 −1.7 −1.6 7 −1.7 −1.5 −1.6 −1.7 −1.5 −1.6 8 −1.6 −1.4 −1.5 −1.5 −1.3 −1.5 41.2 1 −1.8 −1.1 −0.5 −0.9 −1.1 −1.1 2 −1.9 −0.9 −0.6 −1.0 −1.0 −1.1 3 −1.7 −0.8 −0.7 −0.8 −0.9 −1.0 4 −2.2 −1.1 −0.6 −0.7 −1.1 −1.1 5 −1.7 −1.2 −0.4 −0.6 −0.7 −0.9 6 −1.4 −1.2 −0.5 −0.8 −0.9 −1.0 7 −1.9 −1.1 −0.7 −0.8 −1.0 −1.1 8 −1.8 −1.1 −0.4 −0.8 −0.7 −1.0 61.0 1 −0.1 −0.4 0.0 −0.6 −0.3 −0.3 2 0.0 −0.2 −0.4 −0.4 −0.4 −0.3 3 −0.1 −0.5 0.5 −0.6 −0.3 −0.2 4 −0.5 −0.4 0.4 −0.5 −0.4 −0.3 5 −0.4 −0.3 0.7 −0.6 −0.5 −0.2 6 −0.2 −0.7 −0.4 −0.5 −0.6 −0.5 7 −0.3 −0.7 −0.5 −0.4 −0.3 −0.4 8 −0.4 −0.3 −0.5 −0.6 −0.4 −0.4
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表 6 重复性引入的标准不确定度
Table 6. Standard uncertainty introduced by repeatability
方法 测量次数 不确定度分量 1 2 3 4 5 6 传统方法 40 41 42 41 41 41 0.36%LEL 检校系统 41.2 40.4 41.1 41.8 40.8 40.9 0.27%LEL
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表 7 各不确定度分量统计分析
Table 7. Statistical analysis of each uncertainty component
不确定度分量 来源 类型 传统方法标准不确定度分量 检校系统标准不确定度分量 $ {u}_{1}\left({c}_{i}\right) $ 被检燃气体检测报警器重复性引入的不确定度 A 0.36%LEL 0.27%LEL $ {u}_{2}\left({c}_{i}\right) $ 被检可燃气体检测报警器分辨力引入的不确定度 B 0.29%LEL 0.03%LEL $ {u}_{1}\left({c}_{s}\right) $ 标准气体引入的不确定度 B 0.21%LEL 0.21%LEL $ {u}_{2}\left({c}_{s}\right) $ 检校系统引入的不确定度 B / 0.02%LEL
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