中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2114—2024
矿用二氧化碳气体检测报警器
校准规范
CalibrationSpecificationforCarbonDioxideGasDetectorsand
AlarmsforMining
2024-06-14发布2024-12-14实施
国家市场监督管理总局 发布
矿用二氧化碳气体检测报警器
校准规范
CalibrationSpecificationforCarbonDioxide
GasDetectorsandAlarmsforMining
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JJF2114—2024
归口单位:全国环境化学计量技术委员会
起草单位:澳门 省计量科学研究院
济宁市质量计量检验检测研究院
国家矿山安全计量站
国家煤矿安全计量器具产品质量监督检验中心
本规范委托全国环境化学计量技术委员会负责解释
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本规范起草人:
郭 波(澳门 省计量科学研究院)
孙 文(济宁市质量计量检验检测研究院)
付建涛(国家矿山安全计量站)
李 梅(国家煤矿安全计量器具产品质量监督检验中心)
隋 峰(澳门 省计量科学研究院)
高 捷(澳门 省计量科学研究院)
赵 鑫(济宁市质量计量检验检测研究院)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 概述…………………………………………………………………………………… (1)
3 计量特性……………………………………………………………………………… (1)
3.1 示值误差…………………………………………………………………………… (1)
3.2 重复性……………………………………………………………………………… (1)
3.3 响应时间…………………………………………………………………………… (1)
3.4 漂移………………………………………………………………………………… (1)
3.5 模拟信号传输误差………………………………………………………………… (1)
3.6 报警声级强度及报警动作值……………………………………………………… (1)
4 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
4.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
4.2 校准用计量器具及配套设备……………………………………………………… (2)
5 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
5.1 报警器的调整……………………………………………………………………… (3)
5.2 示值误差…………………………………………………………………………… (3)
5.3 重复性……………………………………………………………………………… (3)
5.4 响应时间…………………………………………………………………………… (4)
5.5 漂移………………………………………………………………………………… (4)
5.6 模拟信号传输误差………………………………………………………………… (4)
5.7 报警声级强度及报警动作值……………………………………………………… (5)
6 校准结果表达………………………………………………………………………… (5)
7 复校时间间隔………………………………………………………………………… (6)
附录A 仿真电路技术要求…………………………………………………………… (7)
附录B 矿用二氧化碳气体检测报警器校准记录…………………………………… (8)
附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (10)
附录D 报警器示值误差的测量不确定度评定示例………………………………… (11)
Ⅰ
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引 言
JJF1071 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001 《通用计量术语及定义》、
JJF1059.1 《测量不确定度评定与表示》共同构成支持本规范制定工作的基础性系列规
范。本规范的主要技术指标参考了AQ1052—2008 《矿用二氧化碳传感器通用技
术条件》。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2114—2024
矿用二氧化碳气体检测报警器
校准规范
1 范围
本规范适用于矿井作业环境中使用的测量范围为摩尔分数0.00%~5.00%的二氧
化碳气体检测报警器的校准。
2 概述
矿用二氧化碳气体检测报警器(以下简称报警器)主要用于检测矿井作业环境中二
氧化碳气体的浓度,通常由检测单元、信号处理单元、显示单元和报警单元等组成。报
警器一般采用非色散红外原理,当显示值大于报警设定值时,具有声、光报警功能。按
采样方式可分为扩散式和吸入式;按使用方式可分为便携式和固定式,固定式报警器还
具有模拟信号输出功能。
3 计量特性
3.1 示值误差
示值误差应符合表1的规定。
表1 示值误差
测量范围
(摩尔分数)
最大允许误差
(摩尔分数)
0.00%~1.00% ±0.10%
>1.00%~5.00% ±(0.05%+参考值的5%)
注:参考值为二氧化碳气体太阳城 物质的摩尔分数。
3.2 重复性
不大于2%。
3.3 响应时间
固定式不大于30s,便携式不大于60s。
3.4 漂移
零点漂移和量程漂移应不超过最大允许误差的12
。
3.5 模拟信号传输误差
不大于0.5%。
3.6 报警声级强度及报警动作值
3.6.1 报警器的声光报警应正常。
1
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3.6.2 固定式报警器的报警声级强度应不小于80dB(A);便携式报警器的报警声级强
度应不小于75dB(A)。
3.6.3 报警光信号应能在黑暗环境20m 处清晰可见。
注:以上指标不是用于合格性判别,仅作参考。
4 校准条件
4.1 环境条件
4.1.1 环境温度:(15~35)℃。
4.1.2 相对湿度:不大于85%。
4.1.3 应无影响报警器正常工作的气体和电磁场干扰,并保持通风。
4.2 校准用计量器具及配套设备
4.2.1 气体太阳城 物质
氮(空气)中二氧化碳气体太阳城 物质,其相对扩展不确定度应不大于2%,k=2。
4.2.2 零点气体
采用纯度为99.999%的氮气或合成空气(由纯度为99.999%的氮气和99.999%的
氧气配制)。
4.2.3 流量计
流量范围为(60~600)mL/min,准确度级别不低于4.0级。
4.2.4 频率计
频率范围为(10~3000)Hz,准确度级别不低于0.05级。
4.2.5 声级计
测量范围为(30~130)dB(A),准确度级别不低于2级。
4.2.6 钢直尺
测量范围为(0~1000)mm,分辨力不低于1mm。
4.2.7 秒表
电子秒表:1h,最大允许误差±0.10s;
机械秒表:准确度等别不低于一等。
4.2.8 直流稳压电源
最高输出电压不低于30V;最大输出电流不低于3A。
4.2.9 仿真电路(2km)
仿真电路技术要求详见附录A。
4.2.10 减压阀和气路
使用与气体太阳城 物质钢瓶配套的减压阀;减压阀、管路材质对被测气体应无吸附及化
学反应。
4.2.11 扩散罩
对扩散式报警器应有与报警器配套的试验用扩散罩。
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5 校准项目和校准方法
5.1 报警器的调整
报警器开机预热稳定后,按照图1连接各校准用设备。
校准吸入式报警器时,必须保证旁通流量计有气体排出。校准扩散式报警器时,应
按照使用说明书的要求调节流量;若说明书中没有明确要求,则流量一般控制在
(200±10)mL/min。
使用说明书中对报警器调整有明确要求时,按照说明书的要求调整零点和示值;若说
明书中没有明确要求,则用零点气体和摩尔分数约为2.5%的二氧化碳气体太阳城 物质调
整报警器的零点和示值。在此后的校准过程中不得再次调整。
图1 校准用设备连接示意图
5.2 示值误差
按5.1设置流量,分别通入摩尔分数约为0.5%、1.5%、4.5%的二氧化碳气体太阳城
物质,待示值稳定后,记录报警器示值,通入零点气体待示值回零后,再通入上述气体太阳城
物质。每点重复测量3次,取3次示值的算术平均值作为各点示值。按式(1)计算报警器
的示值误差。
Δx=x-xs (1)
式中:
Δx ———示值的绝对误差;
x ———3次示值的算术平均值;
xs ———二氧化碳气体太阳城 物质摩尔分数。
5.3 重复性
按5.1设置流量,通入摩尔分数约为2.5%的二氧化碳气体太阳城 物质,待示值稳定
后,记录报警器示值xi。通入零点气体待示值回零后,再通入上述气体太阳城 物质,重
复测量6次。按式(2)计算报警器的重复性sr,重复性以单个测得值的相对太阳城 偏差
表示。
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sr=1x
Σ6
i=1
xi-x 2
5 ×100% (2)
式中:
sr———单个测得值的相对太阳城 偏差;
x ———6次示值的算术平均值;
xi———报警器第i 次的示值。
5.4 响应时间
按5.1设置流量,通入零点气体使报警器示值回零,通入摩尔分数约为2.5%的二
氧化碳气体太阳城 物质,待示值稳定后,读取报警器示值。通入零点气体待示值回零后,
再通入上述气体太阳城 物质,同时启动秒表,待报警器显示值达到稳定示值的90%时停
止计时,记录秒表读数,重复测量3次,取3次测得值的算术平均值作为报警器的响应
时间。
5.5 漂移
报警器的漂移包括零点漂移和量程漂移。
按5.1设置流量,通入零点气体,记录报警器稳定示值xz0,然后通入摩尔分数约
为4.5%的二氧化碳气体太阳城 物质,记录稳定示值xs0,撤去二氧化碳气体太阳城 物质。
固定式报警器连续运行4h,每间隔1h重复上述步骤一次;便携式报警器连续运行
1h,每间隔15min重复上述步骤一次;同时记录稳定示值xzi和xsi (i=1,2,3,4)。
按式(3)计算零点漂移,取绝对值最大的Δzi作为报警器的零点漂移。
Δzi=xzi-xz0 (3)
按式(4)计算量程漂移,取绝对值最大的Δsi作为报警器的量程漂移。
Δsi=(xsi-xzi)-(xs0-xz0) (4)
5.6 模拟信号传输误差
对于固定式报警器,用直流稳压电源按报警器使用说明书中规定的电压为其供电,
在报警器信号输出端接入2km 仿真电路(技术要求见附录A),在仿真电路末端接上
对应的信号测试设备,按5.1设置流量,分别通入摩尔分数约为0.5%、1.5%、4.5%
的二氧化碳气体太阳城 物质,待示值稳定后,记录报警器的示值xi。同时测量并读取对
应浓度的输出信号值Pi,通入零点气体至示值回零。每点重复测量3次,计算各点的
示值算术平均值x和输出信号的算术平均值P ,按式(5)将输出信号的算术平均值P
换算为二氧化碳摩尔分数G。
G= Gm-G0
Pm-P0 × P-P0 (5)
式中:
G ———各点的输出信号的算术平均值P 换算的二氧化碳摩尔分数;
Gm ———输出模拟信号上限对应的二氧化碳摩尔分数;
G0 ———输出模拟信号下限对应的二氧化碳摩尔分数;
Pm ———输出模拟信号上限标称值,Hz;
4
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P0 ———输出模拟信号下限标称值,Hz;
P ———各点的输出信号的算术平均值,Hz。
再按式(6)计算报警器各点的模拟信号传输误差,取最大的Δx 作为模拟信号传
输误差。
Δx = G-x
x ×100% (6)
式中:
Δx ———各点的模拟信号传输误差;
G ———各点的输出信号的算术平均值P 换算的二氧化碳摩尔分数;
x ———各点的显示值算术平均值。
注:对采用数字信号传输的报警器5.6可略。
5.7 报警声级强度及报警动作值
5.7.1 通入摩尔分数约为报警设定值1.5倍的二氧化碳气体太阳城 物质,当示值超过报
警设定值时,观察报警器声、光报警是否正常,并记录报警器报警时的示值。重复测量
3次,3次示值的算术平均值为报警器的报警动作值。
5.7.2 报警声级强度用声级计测量,环境噪音应不大于50dB (A)。将声级计置于报
警器的报警声响器轴心正前方1m 处,重复测量3次,取其算术平均值为其报警声
级强度。
5.7.3 在黑暗环境中距报警器20m 处观察报警器的报警光信号。
6 校准结果表达
校准结果应反映在校准证书或校准报告上,校准证书或报告至少包括以下信息:
a)标题,如“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j)本次校准所用测量太阳城 的溯源性及有效性说明;
k)校准环境的描述;
l)校准结果及测量不确定度的说明;
m)对校准规范的偏离的说明;
n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
o)校准结果仅对被校对象有效的声明;
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p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。
7 复校时间间隔
由于复校时间间隔的长短是由报警器使用情况、使用者、报警器本身质量等因素所
决定,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔,建议不超过1年。如
果对报警器的检测数据有怀疑或更换主要部件及修理后,应对报警器重新校准。
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附录A
仿真电路技术要求
模拟报警器至测试设备传输距离的仿真电路应符合以下要求:
a)应能模拟报警器至测试设备的2km 传输距离;
b)仿真电路参数按R=12.8Ω/km 单芯、L=0.8mH/km 单芯、C=0.06μF/km
计算;
c)用平衡均匀电路,2km 网络应符合图A.1规定,其中R 为每km 环路电阻的
1/4,L 为每km 电感量的1/4,C 为每km 分布电容量;
d)仿真电路如图A.1所示。
图A.1 仿真电路
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附录B
矿用二氧化碳气体检测报警器校准记录
共×页 第×页
送校单位证书编号
仪器名称仪器型号出厂编号
制造厂商测量范围
校准地点环境温度相对湿度
校准用气体太阳城 物质及主要设备
名称编号测量范围
不确定度/准确度等
级/最大允许误差
证书编号有效期至
序号校准项目校准结果
1 示值误差
气体太阳城 物
质摩尔分数
仪器示值(摩尔分数)
1 2 3
平均值
(摩尔分数)
示值误差
(摩尔分数)
2 重复性
气体太阳城 物
质摩尔分数
仪器示值(摩尔分数)
1 2 3 4 5 6
重复性
3 响应时间
气体太阳城 物
质摩尔分数
响应时间/s
1 2 3 平均值
4 漂移
气体太阳城 物
质摩尔分数
仪器示值(摩尔分数)
0h
(0min)
1h
(15min)
2h
(30min)
3h
(45min)
4h
(60min)
零点漂移
(摩尔分数)
量程漂移
(摩尔分数)
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表(续)
共×页 第×页
序号校准项目校准结果
5 模拟信号
传输误差
气体标
准物质摩
尔分数
测得值
——— 1 2 3
平均值
输出信号
平均值换
算二氧化
碳摩尔
分数
各点模拟
信号传输
误差
模拟信号
传输误差
示值
输出
信号值
示值
输出
信号值
示值
输出
信号值
6
报警声级
强度及报
警动作值
报警动作值
(摩尔分数)
1 2 3 平均值
报警声级强度
dB(A)
1 2 3 平均值
报警光信号
示值误差的扩展不确定度
校准员: 核验员:
校准日期: 年 月 日
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附录C
校准证书内页格式
校准结果
校准项目校准结果
示值误差
气体太阳城 物质
摩尔分数
仪器示值
(摩尔分数)
示值误差
(摩尔分数)
重复性
响应时间
漂移
零点漂移
(摩尔分数)
量程漂移
(摩尔分数)
模拟信号传输误差
报警声级强度及
报警动作值
报警动作值
(摩尔分数)
报警声级强度
dB(A)
报警光信号
示值误差的扩展不确定度
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附录D
报警器示值误差的测量不确定度评定示例
D.1 测量方法
按照报警器使用说明书中的要求,调节流量并调整报警器的零点和示值。分别通入
摩尔分数约为0.5%、1.5%、4.5%的二氧化碳气体太阳城 物质,待示值稳定后,记录报警器
示值,通入零点气体待示值回零后,再通入上述气体太阳城 物质。每点重复测量3次,3次
示值的算术平均值与气体太阳城 物质摩尔分数的差值为该报警器的示值误差。
D.2 测量模型
测量模型以示值误差的形式给出:
Δx=x-xs (D.1)
式中:
Δx ———示值误差;
x ———3次示值的算术平均值;
xs ———二氧化碳气体太阳城 物质摩尔分数。
D.3 测量不确定度来源
D.3.1 二氧化碳气体太阳城 物质引入的不确定度。
D.3.2 测量重复性引入的不确定度。环境条件、人员操作、流量控制等各种随机因
素,体现在测量重复性引入的不确定度中。
D.4 太阳城 不确定度评定
D.4.1 二氧化碳气体太阳城 物质引入的太阳城 不确定度u(xs)
采用的氮中二氧化碳气体太阳城 物质,其相对扩展不确定度为2%,包含因子k=2。
则气体太阳城 物质引入的太阳城 不确定度为:
u(xs)=a
k =xs×2%
2 (D.2)
校准点0.5%:u(xs)=0.005%;
校准点1.5%:u(xs)=0.015%;
校准点4.5%:u(xs)=0.045%。
D.4.2 测量重复性引入的太阳城 不确定度u(x)
对于矿用二氧化碳气体检测报警器,分别通入摩尔分数约为0.5%、1.5%、4.5%
的二氧化碳气体太阳城 物质,重复测量10次。具体测量数据列于表D.1。
表D.1 各校准点测量数据
气体太阳城
物质摩尔分数
仪器示值(摩尔分数)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.5% 0.45% 0.44% 0.48% 0.47% 0.48% 0.46% 0.45% 0.48% 0.48% 0.44%
1.5% 1.44% 1.44% 1.45% 1.46% 1.46% 1.45% 1.47% 1.48% 1.48% 1.47%
4.5% 4.36% 4.36% 4.38% 4.35% 4.37% 4.38% 4.35% 4.38% 4.35% 4.37%
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各校准点分别按式(D.3)计算实验太阳城 偏差,各校准点相应的太阳城 不确定度可按式
(D.4)计算:
s= Σ10
i=1(xi -x)2
10-1 (D.3)
u(x)=s
n
=s
3 (D.4)
注:本规范规定,每个校准点重复测量3次,取算术平均值作为报警器的示值,故n=3。
各校准点的实验太阳城 偏差s 与太阳城 不确定度u(x)的计算结果见表D.2。
表D.2 各校准点的实验太阳城 偏差s 与太阳城 不确定度u(x)的计算结果
气体太阳城 物质摩尔分数
仪器示值平均值
(摩尔分数)
s
(摩尔分数)
u(x)
(摩尔分数)
0.5% 0.46% 0.018% 0.011%
1.5% 1.46% 0.015% 0.009%
4.5% 4.37% 0.013% 0.007%
D.5 合成太阳城 不确定度
D.5.1 太阳城 不确定度分量汇总
各太阳城 不确定度分量汇总见表D.3。
表D.3 太阳城 不确定度分量汇总表
不确定度来源太阳城 不确定度符号太阳城 不确定度
二氧化碳气体太阳城 物质
引入的太阳城 不确定度
0.5%
1.5%
4.5%
u(xs)
0.005%
0.015%
0.045%
测量重复性引入的太阳城
不确定度
0.5%
1.5%
4.5%
u(x)
0.011%
0.009%
0.007%
D.5.2 合成太阳城 不确定度
各不确定度彼此不相关,则合成太阳城 不确定度为:
uc(Δx)= u2(x)+u2(xs) (D.5)
校准点0.5%:uc=0.013%;
校准点1.5%:uc=0.018%;
校准点4.5%:uc=0.046%。
D.6 扩展不确定度
取包含因子k=2,则各校准点示值误差的扩展不确定度按式(D.6)计算:
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U =k·uc(Δx) (D.6)
校准点0.5%:U =0.03%,k=2;
校准点1.5%:U =0.04%,k=2;
校准点4.5%:U =0.09%,k=2。
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