GD4煤矿用多参数传感器型式评价大纲.docx

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GD4煤矿用多参数传感器型式评价大纲

计量器具型式评价大纲

FFA37433-2008

煤矿用多参数传感器

2014年12月09日发布2014年3月02日实施

国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心发布

前言

型式评价大纲归口单位：

煤炭工业煤矿安全标准化技术委员会气体检测及救护设备分会。

型式评价大纲起草单位：

国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心

型式评价大纲起草人：

李振新杨育新

型式评价大纲批准人：

董春海

目录

1范围．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.1

2规范性引用文件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...．．...1

3概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....1

4技术文件及样机要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...1-2

5法制管理要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...．．.....2

6计量要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.2

7技术要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2-4

8型式评价项目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4-5

9型式评价的条件和方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5-10

10型式评价结果的处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．....10

1范围

本型式评价大纲适用于煤矿用多参数传感器（以下简称“传感器”）的型式评价。

2规范性引用文件

GBl91-2000包装储运图示标志

GB3836.1-2010爆炸性气体环境用电气设备第1部分：

通用要求

GB3836.2-2010爆炸性气体环境用电气设备第2部分：

隔爆型“d”

GB3836.4-2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分：

本质安全型“i”

GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）

GB9969.1-1998工业产品使用说明书总则

GB10111-88利用随机数骰子进行随机抽样的方法

GB/T2423.1-2001电工电子产品环境试验第2部分:

试验方法试验A:

低温

GB/T2423.2-2001电工电子产品环境试验第2部分:

试验方法试验B:

高温

GB/T2423.4-93电工电子产品基本环境试验规程试验Db:

交变湿热试验方法

GB/T2423.5-1995电工电子产品环境试验第2部分:

试验方法试验Ea和导则:

冲击

GB/T2423.8-1995电工电子产品环境试验第2部分:

试验方法试验Ed:

自由跌

GB/T2423.10-1995电工电子产品环境试验第2部分:

试验方法试验Fc和导则:

振动（正弦）

MT381—2007《煤矿用温度传感器通用技术条件》

MT393—1995《矿用差压传感器通用技术条件》

AQ6205—2006《煤矿用电化学式一氧化碳传感器》

AQ6206—2006《煤矿用高低浓度甲烷传感器》

JJF1161-2006《催化燃烧式甲烷传感器型式评价大纲》

JJG678-2007《催化燃烧式甲烷测定器检定规程》

JJF1002-1998国家计量检定规程编写规则

JJF1015-2002计量器具型式评价和型式批准通用规范

JJF1016-2002计量器具型式评价大纲编写导则

使用本大纲时应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3　概述

传感器用于测定煤矿井下环境中的甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、温度及压力等参数值。

检测现场中气体浓度、环境温度和压力，并可进行声光报警。

传感器应用载体催化和电化学式原理，在被测气体中，甲烷在黑元件表面发生催化反映（无焰燃烧），使黑元件温度增高，电阻增大，桥路失去平衡，从而输出一个电位差该电位差在一定范围内，其大小与甲烷的浓度成正比。

在被测气体中，工作电极的工作信号经过电桥转化为电压信号，电路同时保持工作电极的电压处于其偏压之下，线路中经过电流到电压转换在对电极产生一电压信号，该信号与工作电极电流信号一致。

同时恒电位电路使工作电极与参考电极之间保持一恒定的电位差。

4技术文件及样机要求

4.1提交的技术资料

4.1.1样机照片。

4.1.2产品标准及使用说明书。

4.1.3总装图、电路图和主要零部件图。

4.1.4制造单位或技术机构所做的试验报告。

4.2提供试验样机

4.2.1提供样机数量不少于3台。

4.2.2样机采用申请单位自行送样或有关部门抽样的方式。

5法制管理要求

5.1计量单位要求

传感器的浓度显示应采用法定计量单位。

5.2最大允许误差要求

传感器的最大允许误差应符合国家计量检定系统表和检定规程的规定。

6计量要求

传感器的计量性能指标包括以下项目：

测量范围、分辨率、基本误差、报警误差、响应时间、稳定性等。

7.技术要求

7.1一般要求

7.1.1传感器工作环境。

在具有甲烷爆炸性危险的煤矿井下：

a）温度：

0～40℃；

b）相对湿度：

≤98％（25℃）；

c）大气压力：

80～116kPa；

d）风速：

0～8m／s；

e）贮存温度为：

-40～+60℃。

7.2外观及结构要求

7.2.1传感器的显示窗应透光良好，数码、符号均应清晰完好

7.2.2传感器表面、镀层或涂层不应有气泡、裂痕、明显剥落和斑点；

7.2.3传感器应结构合理，坚固耐用，外壳、接插件和零件应采用防腐措施，涂层，镀层应均匀，牢固，颜色一致；印刷电路板应至少涂覆两次三防（防腐、防霉、防潮）漆。

7.3传感器基本功能要求

7.3.1传感器采用自然扩散取样方式。

取样头上应有防粉尘和防水影响的保护罩。

7.3.2传感器甲烷气体以百分体积浓度表示测量值，采用数字显示，甲烷低浓度段分辨率应不

低于0.01％CH4,高浓度段分辨率应不低于0.1％CH4,并应能表示显示值的正或负；一氧化碳气

体以1×10-6表示最小单位测量值，采用数字显示，分辨率不低于1×10-6；温度采用数字显示，

分辨率不低于0.1℃，并能表示显示值的正或负；压力采用数字显示，分辨率不低于0.01KPa。

7.3.3传感器应有声光报警功能和报警自检功能。

7.3.4在甲烷浓度超过测量范围上限时，传感器应具有保护载体催化元件的功能，并应使传感器的显示值维持在超限状态。

7.3.5输出信号制式：

4路频率信号输出，频率输出方式（200～1000）Hz，脉冲宽度大于0.3ms，

最大传输距离为2km；

7.4防爆要求

7.4.1传感器的防爆性能应符合GB3836.1－2010、GB3836.2－2010和GB3836.4－2010中的有关规定。

7.4.2传感器的防爆型式为矿用本质安全兼隔爆型，防爆标志为“ExibdI”。

7.4.3传感器的印制电路板在完成焊接之后应按GB3836.4－2010的要求涂三防漆两遍，印制电路板板厚不小于1.0mm，线宽不小于0.3mm，线厚不小于35μm。

7.4.4传感器外壳防护性能符合GB4208-2008要求，等级不低于IP54。

7.4.5传感器的外壳应采用不锈钢。

7.4.6传感器在故障和正常工作条件下，传感器外壳，及电器元件，导线的最高表面温度不超过150℃。

7.4.7传感器本安电路对外壳间常态下其绝缘电阻应不小于50MΩ，交变湿热试验后应不小于1.5MΩ，并应能承受500V，50Hz的，历时1min工频耐压试验而无击穿和闪络现象，漏电流不超过5mA。

7.4.8传感器的本安电源：

由企业提供参数

7.4.9传感器本安电路元器件任何一元件的使用功率在正常或故障状态下均不得大于其额定值的2/3。

7.4.10传感器电气间隙和爬电距离应不小于1.5mm，涂层下爬电距离不小于0.5mm。

7.4.11传感器的火花点燃试验应符合GB3836.4－2010中第10.1－10.4的规定。

7.4.12传感器的防爆性能和防爆结构应符合GB3836.4－2010有关规定。

7.5遥控调校功能

传感器具有采用遥控器调校的功能。

7.6性能要求

7.6.1测量范围和基本误差：

传感器的测量范围为甲烷（0.00～40.0）％CH4,温度（0.0～100.0）℃,压力（0.00～5.00）kPa，

一氧化碳（0～1000）×10-6CO。

传感器的基本误差应符合表1的规定：

表1

测量气体

测量范围

基本误差

CH4

0.00%CH4～1.00%CH4

±0.10％CH4

1.00%CH4～3.00%CH4

真值的±10％

3.00%CH4～4.00%CH4

±0.30％CH4

4.00%CH4～40.0%CH4

真值的±10％

CO

0×10-6CO～100×10-6CO

±4×10-6CO

100×10-6CO～500×10-6CO

测量值的±5%

>500×10-6CO

测量值的±6%

温度

0.0℃～100.0℃

±2.5℃（F.S）

压力

0.00kPa～5.00kPa

±2%

7.6.2显示稳定性

传感器的甲烷部分显示稳定性：

0.00～4.00％CH4显示范围内，当甲烷浓度保持稳定时，显示值变化量不超过0.04％CH4。

在4.00～40%CH4范围内，当甲烷浓度保持恒定时，传感器的显示值或输出信号值（换算为甲烷浓度值）的变化量应不超过0.4%CH4。

传感器一氧化碳部分显示值稳定性：

量程为0～5000×10-6及以上传感器，一氧化碳浓度恒定时，传感器显示值或输出信号值（换算为一氧化碳浓度值）变化量不超过4×10-6。

7.6.3传感器的报警功能应符合以下要求：

表2

测量气体

测量范围

报警误差

CH4

报警点：

0.50～2.50%CH4

（报警点可调，默认1.00%CH4）

±0.05%CH4

CO

报警点：

24×10-6CO

±1×10-6CO

温度

\

\

压力

\

\

7.6.4传感器声级强度在距讯响器1米远处应不小于80dB（A）；光信号在黑暗处的能见度不小于20米远。

7.6.5稳定性

传感器连续工作15d的基本误差应符合表1的规定。

7.6.6响应时间

传感器的响应时间应符合表3的规定。

表3

测量气体

响应时间

CH4

≤20s

CO

≤35s

温度

≤10s（水中）

压力

\

7.6.7传感器在转换点转换时的附加误差不超过1.00﹪CH4。

7.6.8传感器应能在输入电压9V～24V范围内正常工作，其基本误差应不超过表1的规定。

7.6.9传感器使用电缆的单芯面积为1.5mm2时与关联设备的传输距离不小于2km,相应配接设备或关联设备的显示值或输出信号值应不超过表1规定。

7.6.10风速试验

a）传感器甲烷浓度在8m/s风速条件下其指示值的漂移量应不大于±0.1％CH4。

b）传感器一氧化碳浓度在8m/s风速条件下其指示值的漂移量应不大于±2×10-6。

7.6.11传感器在工作温度试验后，应符合7.6.1的规定。

7.6.12传感器经贮存温度试验后，应符合7.6.1的规定。

7.6.13传感器经交变湿热试验后，应符合7.6.1、7.4.7的规定。

7.6.14传感器振动、冲击、跌落、运输等试验后，接插件、零部件应无松动和脱落，并应符合7.6.1的规定。

7.6.15信号输出采用频率输出方式,传感器甲烷参数的负载电阻在（0～500）Ω范围内变化时,其输出信号值的变化应不超过4.11.2的规定;其脉冲宽度应不小于0.3ms。

7.6.16过载性能

传感器经过过载实验后，应符合表1的规定。

7.6.17回程误差

传感器的回程误差应符合表1的规定。

7.6.18密封性

传感器的测量部分经密封性实验后，压力下降不得超过2%，并不得有损坏现象。

7.6.19重复性

传感器的重复性应符合表1的规定。

8型式评价项目

型式评价项目要求见表4所示。

序号

检验项目

技术要求

试验方法

出厂检验

型式检验

1

外观及结构检查

7.2

9.4

○

○

2

基本功能检查

7.3

9.5

○

○

3

遥控调校功能

7.5

9.6

○

○

4

基本误差测定

7.6.1

9.6.1

○

○

5

显示值稳定性测定

7.6.2

9.6.1.1

○

○

6

转换点附加误差实验

7.6.7

9.23

○

○

7

报警功能试验

7.6.3

9.7.3

○

○

8

声级强度测定

7.6.4

9.7.4

○

○

9

光信号观察试验

7.6.4

9.7.6

○

○

10

响应时间测定

7.6.6

9.8

○

○

11

工作稳定性测定

7.6.5

9.10

○

○

12

工作电压范围实验

7.6.9

9.9

—

○

13

传输距离试验

7.6.7

9.22

—

○

14

风速影响试验

7.6.10

9.12

—

○

15

绝缘电阻，工频耐压试验

7.4.7

9.13

○

○

16

工作温度试验

7.6.11

9.14

—

○

17

贮存温度试验

7.6.12

9.15

—

○

18

交变湿热试验

7.6.13

9.16

—

○

19

振动试验

7.6.14

9.17

—

○

20

冲击试验

7.6.14

9.18

—

○

21

自由跌落试验

7.6.14

9.19

—

○

22

运输试验

7.6.14

9.20

—

○

23

外壳防护性能试验

7.4.4

9.21.1

—

○

24

最高表面温度测试

7.4.6

9.21.2

—

○

25

火花点燃试验

7.4.11

9.21.3

—

○

26

本安参数测量

7.4.8

9.21.4

▲

○

27

过载特性试验

7.6.16

9.21.5

—

○

28

密封性实验

7.6.17

9.25

—

○

29

回程误差实验

7.6.18

9.26

—

○

30

重复性实验

7.6.19

9.11

表中—为不检验项目，○为检验项目，▲表示出厂时只测量正常状态下的工作电压、最大工作电流；

9型式评价的条件和方法

9.1正常的试验大气条件

9.1.1温度：

15℃～35℃。

9.1.2相对湿度：

45%～75%。

（氧气超出部分85％）

9.1.3气压：

86kPa～106kPa。

9.2试验用的计量器具

试验用的计量器具：

试验用气样应采用符合国家标准的气样、各项实验用检验仪设备应符合要求9.1除环境试验或有关标准中另有试验，应在下列条件中进行：

试验中传感器的预热时间充电时间以及气样流量均按技术文件要求确定。

9.3试验用的主要传感器。

9.3.1气体流量计：

测量范围：

30～300mL／min，准确度：

2.5级。

9.3.2秒表：

分度值为0.01s。

9.3.3电压表及电流表：

采用四位半的数字万用表，其准确度应不小于1级。

9.3.4声级计：

测量范围：

40～130dB（A），准确度：

0.1dB（A）。

9.4外观及结构检查：

用目测方法观察传感器。

9.5基本功能检查：

用感官法检查传感器。

9.6基本误差测定

在以下所有需对传感器调校的试验中，应使用与传感器配套的遥控器来完成，遥控器使用方法按产品说明书规定。

在以下需通气的试验中，除报警误差试验外，其余试验的通气流量应保持200～300ml/min。

9.6.1甲烷部分显示值稳定性，基本误差试验：

9.6.1.1传感器正常工作后。

待传感器零点在空气中稳定后，按规定流量通入1.00%CH4的标准气样，1min后将校传感器显示值调至与标准气样值一致，继续通气，在观察1min，记录1min内仪表显示值的最大值与最小值的差值，重复三次，取最大值。

9.6.1.2甲烷低浓部分基本误差

按规定流量，用清洁空气和2.0%CH4的标准气样校准3次传感器（以下简称校准传感器）,在以后的测定中不得再次校准。

待传感器零点在清洁空气中稳定后，按规定流量分别向传感器依次通入0.5%CH4、1.5%CH4、3.5%CH43种标准气样各3min。

记录传感器的指示值和输出信号值（换算为甲烷浓度值）。

重复测定4次,取其后3次的算术平均值与标准气样的差值，即为低浓部分基本误差。

9.6.1.3甲烷高浓部分基本误差

按规定流量，用清洁空气和20.0%CH4的标准气样校准3次传感器（以下简称校准传感器）,在以后的测定中不得再次校准。

待传感器零点在清洁空气中稳定后，按规定流量分别向传感器依次通入15.0%CH4、35.0%CH42种标准气样各3min。

记录传感器的指示值和输出信号值（换算为甲烷浓度值）。

重复测定4次,取其后3次的算术平均值与标准气样的差值，即为高浓部分基本误差。

9.6.2压力基本误差试验：

传感器通电稳定工作后，调整零点和灵敏度。

用标准压力器在传感器测量范围的0、25%、50%、75%、100%五点进行检测，由低到高读取正行程各检测点的显示值和输出信号值，当达到最大值时，保持1min，然后逐步减至最小值，并读取反行程各检测点的显示值和输出信号值。

每点重复三次，取算术平均值进行计算。

实测基本误差，按式

（1）计算：

…………………………………

（1）

式中：

Ai—输出信号实测值或显示值；

An—输出信号或显示的标准值；

Am—传感器的量程。

9.6.3一氧化碳基本误差试验：

传感器通电稳定工作后，调整零点和灵敏度。

使用传感器测量范围0、35％、50％和85％的标准气样。

由低到高的顺序，分别以产品标准规定的流量通入传感器，稳定3min，读取传感器显示值。

每种标准气体重复试验3次，取其平均值。

按式

（2）计算其基本误差：

…………………………………

（2）

式中：

Ai—显示值的平均值；

Ao—一氧化碳标准气体浓度；

Am—测量范围。

9.6.4温度基本误差

a）传感器预热20min，进入正常工作状态后，根据传感器的测量范围，将传感器的温度敏感元件放置于低温实验箱内进行（在测定过程中，温度敏感元件切勿与金属物件、容器壁及容器底面接触）。

b）将试验温度稳定在测量范围的低温点，再将试验温度升至测量范围的50%处，校准3次传感器（以下简称校准传感器）。

以后的测定中不得再次校准传感器。

c）待传感器在测量范围的低温点稳定后，依次将试验温度由低温到高温稳定在各测定点，测定点应在规定的测量范围内均匀分布，不能少于5个点。

在各测试点稳定3min，记录标准温度计示值、传感器的显示值或输出信号值（换算为温度值）。

重复测定3次，取其算术平均值与标准温度计示值的差值，即为基本误差。

9.7报警误差试验（压力和温度无此实验）

9.7.1甲烷部分报警误差试验

将传感器报警点设定为1.00%CH4，传感器零点稳定后，缓慢通入1.20%CH4标准气样，记录出现声、光信号瞬间传感器的显示值，测量四次（每次测量1min，在空气中恢复的时间不少于1min），取后三次的算术平均值与设定报警点之差作为报警误差。

9.7.2一氧化碳部分报警误差试验

传感器在9.1环境中稳定显示零点。

缓慢通入25×10-6CO的标准气样，记录传感器报警时所对应的显示值，测量4次，取后3次的算术平均值与设定报警点之差为报警点误差。

9.7.3报警声级强度测定

在噪声不大于30dB（A）的环境中，将声级计置于距传感器警报声响器轴心正前方1m处，测量3次，

取其最大值作为测量值。

9.7.4报警光信号试验

在黑暗环境中距传感器20m远处进行观察。

9.8响应时间试验（压力无此项实验）

9.8.1甲烷低浓度的响应时间试验

将制造厂提供的扩散取样注气装置与传感器进气部位相连，按规定流量通入清洁空气，待传感器零点稳定后，以相同的流量通入2.0%CH4的标准气样1min，记录显示值。

然后通入清洁空气，待传感器零点稳定后，把以相同流量通入2.0%CH4的标准气样的注气装置迅速换到取样头上，并开始记录传感器的指示值达到原显示测量值90%所需要的时间，测量3次，取其算术平均值。

9.8.2甲烷高浓度的响应时间试验

将制造厂提供的扩散取样注气装置与传感器进气部位相连，按规定流量通入清洁空气，待传感器零点稳定后，以相同的流量通入20.0%CH4的标准气样3min，记录显示值。

然后通入清洁空气，待传感器零点稳定后，把以相同流量通入20.0%CH4的标准气样的注气装置迅速换到取样头上，并开始记录传感器的指示值达到原显示测量值90%所需要的时间，测量3次，取其算术平均值。

9.8.3一氧化碳部分响应时间试验

a）传感器在9.1的环境规定中稳定显示零值；

b）使用传感器制造厂提供的注气装置，以校准时的流量通入测量范围50％的各标准气体，记录传感器示值达到标准气体90%浓度时的时间，重复3次，取其平均值。

9.8.4温度的响应时间试验

将传感器的温度敏感元件放入25℃的水中（在测定过程中，温度敏感元件切勿与金属物件、容器壁及容器低面接触），显示稳定后，再稳定3min，记录传感器显示值，然后将温度敏感元件放入5℃的水中，待显示稳定后，再稳定3min，迅速将温度敏感元件放入25℃水中，同时启动秒表，记录传感器的显示值达到原显示值的90%所需要的时间，重复测量3次，取其算术平均值。

9.9工作电压范围试验

传感器接上稳压电源，将稳压电源的输出分别调至产品企业标准规定的最高与最低工作电压，按9.6.规定的方法对传感器进行显示值稳定性和基本误差测定。

9.10工作稳定性试验

a）、校验传感器，记录传感器的零点，标定点的示值，校验后的传感器在测试过程中不允许再次校准；

b）、甲烷工作稳定性测定

把调整好的传感器在空气中连续运行15d,每隔12h按规定流量依次通入清洁空气和20.0％的标准气样各3min,记录指示值和输出信号值。

试验期间不得调整传感器。

c）、一氧化碳工作稳定性测定

把调整好的传感器在空气中连续运行7d,每隔12h按规定流量依次