貴州省地方計量技術(shù)規(guī)范

貴州省地方計量技術(shù)規(guī)范

JJF（黔）53-2021

礦用風(fēng)速傳感器校準(zhǔn)規(guī)范

Cal礦ibr用atio激nSp光ecif甲ica烷tion傳for感Mi器neW校ind準(zhǔn)Spee規(guī)dS范ensor

CalibrationSpecificationforLaserMethaneSensorofMine

2021-11-XX發(fā)布2022-02-XX實施

XX發(fā)布貴州省市場X-XX監(jiān)實督管理局發(fā)布

貴州省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

JJF(黔)53—2021

礦用激光甲烷傳感器校準(zhǔn)規(guī)范

1范圍

本規(guī)范適用于礦用激光甲烷傳感器（以下簡稱傳感器）的校準(zhǔn)。

2引用文件

本規(guī)范引用了下列文件：

JJG1138-2017煤礦用非色散紅外甲烷傳感器

凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本規(guī)范。

3概述

傳感器是由激光光譜吸收原理來測量甲烷濃度。傳感器主要由激光探頭、電

子部件和顯示部分等組成。工作時，被測環(huán)境中的甲烷以擴散方式與激光探頭接

觸，將甲烷濃度值轉(zhuǎn)換成電信號，然后通過電子部件處理，并顯示甲烷濃度值和

輸出對應(yīng)于甲烷濃度值的電信號，從而實現(xiàn)甲烷含量的檢測與報警。當(dāng)甲烷濃度

達到報警設(shè)定點時，傳感器發(fā)出聲、光報警信號。傳感器按用途可分為環(huán)境檢測

類和瓦斯抽放管道檢測類。

4計量特性

4.1示值誤差

傳感器示值誤差應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1傳感器示值誤差

示值誤差

測量范圍x/（%CH4）

絕對誤差/（%CH4）相對誤差/%

0.00＜x≤1.00±0.06——

1.00＜x≤100——±6

4.2重復(fù)性

重復(fù)性不大于1%。

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4.3響應(yīng)時間

環(huán)境檢測類不大于25s；瓦斯抽放管道檢測類不大于50s。

4.4信號傳輸誤差

模擬信號傳輸誤差不大于0.5%；數(shù)字信號傳輸誤差不做要求。

注：以上技術(shù)指標(biāo)不用于合格性判定，僅供參考。

5校準(zhǔn)條件

5.1環(huán)境條件

5.1.1環(huán)境溫度：（15～35）℃。

5.1.2環(huán)境相對濕度：不大于85%。

5.1.3大氣壓力：（86～106）kPa。

5.1.4應(yīng)無影響傳感器正常工作的氣體和電磁場干擾。

5.1.5應(yīng)配備必要的防爆和通風(fēng)設(shè)施。

5.2測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備

測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備應(yīng)符合表2要求。

表2測量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備

名稱技術(shù)要求

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其相對擴展不確定度Ur≤2%（k=2）。

零點氣體氮氣（純度≥99.99%）。

直流穩(wěn)壓電源輸出電壓：DC（0～30）V；輸出電流：DC（0～3）A。

頻率計測量范圍:（0～3000）Hz；準(zhǔn)確度等級:0.1級及以上。

絕緣電阻表輸出電壓500V；準(zhǔn)確度等級：10.0級。

2km仿真電路直流電阻：12.8Ω/km；分布電容：0.06μF/km；分布電感：0.8mH/km。

流量計測量范圍:（60～600）mL/min；準(zhǔn)確度等級：4.0級及以上。

電子秒表分辨力：0.01s。

注：標(biāo)準(zhǔn)氣樣值與標(biāo)準(zhǔn)氣樣標(biāo)稱值的允許偏離不超過10%。

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6校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法

6.1校準(zhǔn)項目

示值誤差、重復(fù)性、響應(yīng)時間、信號傳輸誤差。

6.2校準(zhǔn)方法

6.2.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

6.2.1.1外觀及通電檢查

傳感器不應(yīng)有影響其正常工作的外觀損傷。通電后傳感器的數(shù)據(jù)顯示清晰、

完整。

6.2.1.2標(biāo)志與標(biāo)識檢查

傳感器的名稱、型號、制造廠、防爆標(biāo)志及編號、煤礦安全標(biāo)志及編號等應(yīng)

齊全、清楚。

6.2.2示值誤差

6.2.2.1接通電源，按照傳感器使用說明書要求的時間對其進行預(yù)熱，預(yù)熱時

間不少于30min；按照傳感器使用說明書的通氣流量通氣,按圖1所示連接氣路，

通入高純度氮氣調(diào)整零點；在完成傳感器的零點調(diào)整后，通入濃度為20.0%左右

的氮氣中甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體，亦可按廠家規(guī)定要求通入相應(yīng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體進行調(diào)

整，通氣3min后，傳感器測量值應(yīng)與通入的甲烷氣體濃度值一致，若有偏差，

通過遙控器進行調(diào)整，直至傳感器顯示值與通入甲烷氣體濃度值一致。在此后的

校準(zhǔn)過程中不得再次調(diào)整。傳感器校準(zhǔn)連接示意圖如圖1所示。

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)流量計被校準(zhǔn)傳感器直流穩(wěn)壓電源

2km仿真電路頻率計

圖1傳感器校準(zhǔn)連接示意圖

6.2.2.2按傳感器說明書的要求控制流量，分別通入濃度值約為0.50%、3.50%、

9.00%、35.0%、85.0%左右的氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄傳

感器示值。每點測量3次，取其算術(shù)平均值為傳感器的示值，按式（1）、式（2）

計算傳感器的示值誤差。

3

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xxx0（1）

xx

0（2）

x0

式中：

x——示值的絕對誤差，%CH4；

——示值的相對誤差，%；

x——示值的平均值，%CH4；

%CH

x0——甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值，4。

6.2.3重復(fù)性

通入濃度值約為35.0%的氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄傳

感器顯示值，撤去氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。在相同條件下，重復(fù)上述測量6次，重復(fù)性按

式(3)進行計算。

n

(xx)2

1i

si1100%(3)

rxn1

式中：

sr——單次測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差；

%CH

xi——傳感器第i次的示值，4；

n——測量次數(shù)。

6.2.4響應(yīng)時間

通入摩爾分數(shù)約為20.0%的氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，撤去

氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；通入零點氣體至示值穩(wěn)定，再通入摩爾分數(shù)約為20.0%的氮氣中

甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，同時用秒表記錄從通入氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)瞬時起到傳感器顯示上

述穩(wěn)定示值90%的時間。重復(fù)測量3次，取3次測量值的平均值作為傳感器的響

應(yīng)時間。

6.2.5信號傳輸誤差

用直流穩(wěn)壓電源按傳感器說明書規(guī)定的電壓為其供電，在傳感器信號輸出端

接入2km仿真電路，在仿真電路末端接上對應(yīng)的信號測試設(shè)備，分別通入濃度

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值約為0.50%、3.50%、9.00%、35.0%、85.0%左右的氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，

待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄傳感器示值。同時測量并讀取對應(yīng)濃度輸出的電信號，每點

重復(fù)測量3次，計算出各點的示值平均值和輸出信號平均值，按式(4)將輸出信

號平均值換算成甲烷濃度值，按式(5)計算傳感器的信號傳輸誤差。

GG

m0(4)

GiPiP0

PmP0

式中：

%CH

Gi——輸出信號平均值對應(yīng)的甲烷濃度值，4；

%CH

Gm——輸出信號上限對應(yīng)的甲烷濃度值，4；

%CH

G0——輸出信號下限對應(yīng)的甲烷濃度值，4；

Pi——傳感器輸出信號平均值，Hz；

Pm——輸出信號上限值，Hz；

P0——輸出信號下限值，Hz。

Gix

100%(5)

xx

式中：

%

x——各點的信號傳輸誤差，；

7校準(zhǔn)結(jié)果表達與處理

7.1校準(zhǔn)記錄

校準(zhǔn)記錄格式參見附錄A。

7.2校準(zhǔn)結(jié)果的處理

校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式參見附錄B，校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息：

a)標(biāo)題，如“校準(zhǔn)證書”；

b)實驗室名稱和地址；

c)進行校準(zhǔn)的地點（如果與實驗室的地址不同）；

d)證書或報告的唯一性標(biāo)識（如證書編號），每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；

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e)客戶的名稱和地址；

f)被校對象的描述和明確標(biāo)識（如型號、產(chǎn)品編號等）；

g)進行校準(zhǔn)的日期或校準(zhǔn)證書的生效日期；

h)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱和代號；

i)校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；

j)校準(zhǔn)環(huán)境的描述；

k)校準(zhǔn)結(jié)果及測量不確定度的說明；

l)校準(zhǔn)員及核驗員的簽名；

m)校準(zhǔn)證書批準(zhǔn)人的簽名；

n)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；

o)未經(jīng)實驗室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書或報告的聲明。

8復(fù)校時間間隔

由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸

因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。建

議復(fù)校時間間隔不超過12個月。

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附錄A

礦用激光甲烷傳感器校準(zhǔn)記錄格式

共1頁第2頁

1、送校單位信息

送校單位名稱地址

2、被校計量器具信息

計量器具名稱制造廠

規(guī)格型號出廠編號

其它

3、本次校準(zhǔn)使用的計量標(biāo)準(zhǔn)器信息

不確定度/準(zhǔn)確度等標(biāo)準(zhǔn)證書

計量標(biāo)準(zhǔn)器名稱測量范圍有效期至

級/最大允許誤差編號

4、校準(zhǔn)環(huán)境條件及地點

地點溫度℃相對濕度%其它

5、校準(zhǔn)技術(shù)依據(jù)

6、校準(zhǔn)項目

序

校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)結(jié)果

號

測次測量值示值誤差

平均值

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值123絕對相對

示

值

6.1誤

差

顯示值重

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值復(fù)

6.2重復(fù)性123456性

測得值平

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值均

6.3響應(yīng)時間123值

7

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礦用激光甲烷傳感器校準(zhǔn)記錄格式（續(xù)）

共2頁第2頁

序

校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)結(jié)果

號

標(biāo)準(zhǔn)測量值輸出信各點

平傳感器

物質(zhì)號換算信號

均信號傳

濃度測次123成甲烷傳輸

值輸誤差

值濃度值誤差

顯示

輸出信號

顯示

信號傳輸

6.4

誤差輸出信號

顯示

輸出信號

顯示

輸出信號

顯示

輸出信號

示值誤差測量

U=（k=）

結(jié)果不確定度

備注：

校準(zhǔn)員：核驗員：校準(zhǔn)日期：

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附錄B

礦用激光甲烷傳感器校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式

證書編號：

校準(zhǔn)結(jié)果

序

校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)結(jié)果

號

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)示值誤差

示值平均值

濃度值絕對相對

1示值誤差

2重復(fù)性

3響應(yīng)時間

信號傳輸

4

誤差

示值誤差測量結(jié)果不確定度U=（k=）

注：1、本證書校準(zhǔn)結(jié)果僅對該計量器具有效；

2、本證書封面未加蓋校準(zhǔn)專用章無效；

3、未經(jīng)本校準(zhǔn)實驗室書面授權(quán)，不得部分復(fù)制本證書。

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附錄C

礦用激光甲烷傳感器示值誤差的不確定度評定示例

C.1概述

C.1.1測量依據(jù)：JJF（黔）53-2021《礦用激光甲烷傳感器》。

C.1.2環(huán)境條件：溫度（15～35）℃，相對濕度不大于75%。

C.1.3測量對象：礦用激光甲烷傳感器，甲烷的測量范圍量程為(0～100)%，最

大允許誤差±6%。

C.1.4測量標(biāo)準(zhǔn)：氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其相對擴展不確定度Ur≤2%

（k=2）。

C.1.5測量方法：按傳感器說明書的要求控制流量，分別通入濃度值約為

0.50%、3.50%、9.00%、35.0%、85.0%左右的氮氣中甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待讀數(shù)

穩(wěn)定后，記錄傳感器示值。每點測量3次，取其算術(shù)平均值為傳感器的示值，按

式(C.1)、式(C.2)計算傳感器的示值誤差。

xxx0（C.1）

xx

0

（C.2）

x0

式中：

x——示值的絕對誤差，%CH4；

——示值的相對誤差，%；

x——3次示值的平均值，%CH4；

%CH

x0——甲烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值，4。

C.2測量模型

C.2.1模型建立

測量模型按式（C.3）建立。

xxix0（C.3）

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式中：

x——傳感器各測量點示值誤差，%；

xi——傳感器各測量點的顯示值，%；

x0——標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值，%。

C.2.2不確定度傳播公式和靈敏系數(shù)

考慮各分量彼此獨立，不確定度傳播律公式為式（C.4）：

22222

ucc1u(xi)c2u(x0)（C.4）

靈敏系數(shù)：

x=1；

c1

xi

x=-1。

c2

x0

C.2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源

標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源，包括測量重復(fù)性引入的不確定度、數(shù)顯分辨率引入

的不確定度、頻率計引入的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的不確定度等。

C.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

C.3.1輸入量xi引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(xi)

C.3.1.1由傳感器進行重復(fù)性測量引入的不確定度ur(x1)，采用A類方法進行

評定。重復(fù)性試驗測量結(jié)果見表C.1。

表C.1重復(fù)性試驗測量結(jié)果

測量次數(shù)12345678910

測量結(jié)果/%35.335.335.335.435.335.435.435.435.335.3

由表C.1可知在測量點為35.3%時，則單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差：

s=0.06%

在實際測量中，連續(xù)測量3次，以平均值作為測量結(jié)果，則其平均值的標(biāo)準(zhǔn)

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不確定度為：

s

u(x)==0.035%

13

測量點為35.3%時，其測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

ur(x1)=0.098%

C.3.1.2數(shù)顯分辨率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(x2)

由于分辨率為0.1%，則：

ur(x2)=0.081%

重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量和分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度取其較大者

作為不確定度分量，則：

ur(xi)=ur(x1)=0.098%

C.3.2輸入量x0引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(x0)

C.3.2.1頻率計引入的不確定度，由頻率計校準(zhǔn)證書可知，U=1Hz，k=2。頻

率計測量范圍（0～10000）Hz，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

U

u==0.5Hz

k

理論上頻率1Hz對應(yīng)甲烷濃度值為0.125%，則：

ur=0.0017%

頻率計引入不確定可忽略不計。

C.3.2.2標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的不確定度，由標(biāo)準(zhǔn)氣體證書可知標(biāo)準(zhǔn)氣體的擴展不確

定度Ur=2.0%，k=2。采用B類方法進行評定，則標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的不確定度：

U

u(x)=r=1.0%

r0k

C.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

C.4.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表見表C.2。

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表C.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

序號不確定度分量來源評定方法符號ui值||.

ciciui

1重復(fù)性引入A類ur(xi)0.098%10.098%

2標(biāo)準(zhǔn)氣體引入B類ur(x0)1.0%-11.0%

C.4.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

輸入量各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量間不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

22222

ucrc1ur(xi)c2ur(x0)

ucr(x)=1.1%

C.5擴展不確定度

取包含因子k=2，則測量結(jié)果的相對擴展不確定度：

Ur=k·ucr(x)=2.2%

13

2

0

2

－

1

5

3

（