JJF（黔）52021《矿用激光甲烷传感器校准规范》

贵州省地方计量技术规范

贵州省地方计量技术规范

JJF（黔）53-2021

矿用风速传感器校准规范

Cal矿ibr用atio激nSp光ecif甲ica烷tion传for感Mi器neW校ind准Spee规dS范ensor

CalibrationSpecificationforLaserMethaneSensorofMine

2021-11-XX发布2022-02-XX实施

XX发布贵州省市场X-XX监实督管理局发布

贵州省市场监督管理局发布

JJF(黔)53—2021

矿用激光甲烷传感器校准规范

1范围

本规范适用于矿用激光甲烷传感器（以下简称传感器）的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

JJG1138-2017煤矿用非色散红外甲烷传感器

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3概述

传感器是由激光光谱吸收原理来测量甲烷浓度。传感器主要由激光探头、电

子部件和显示部分等组成。工作时，被测环境中的甲烷以扩散方式与激光探头接

触，将甲烷浓度值转换成电信号，然后通过电子部件处理，并显示甲烷浓度值和

输出对应于甲烷浓度值的电信号，从而实现甲烷含量的检测与报警。当甲烷浓度

达到报警设定点时，传感器发出声、光报警信号。传感器按用途可分为环境检测

类和瓦斯抽放管道检测类。

4计量特性

4.1示值误差

传感器示值误差应符合表1的规定。

表1传感器示值误差

示值误差

测量范围x/（%CH4）

绝对误差/（%CH4）相对误差/%

0.00＜x≤1.00±0.06——

1.00＜x≤100——±6

4.2重复性

重复性不大于1%。

1

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4.3响应时间

环境检测类不大于25s；瓦斯抽放管道检测类不大于50s。

4.4信号传输误差

模拟信号传输误差不大于0.5%；数字信号传输误差不做要求。

注：以上技术指标不用于合格性判定，仅供参考。

5校准条件

5.1环境条件

5.1.1环境温度：（15～35）℃。

5.1.2环境相对湿度：不大于85%。

5.1.3大气压力：（86～106）kPa。

5.1.4应无影响传感器正常工作的气体和电磁场干扰。

5.1.5应配备必要的防爆和通风设施。

5.2测量标准及配套设备

测量标准及配套设备应符合表2要求。

表2测量标准及配套设备

名称技术要求

气体标准物质氮气中甲烷气体标准物质，其相对扩展不确定度Ur≤2%（k=2）。

零点气体氮气（纯度≥99.99%）。

直流稳压电源输出电压：DC（0～30）V；输出电流：DC（0～3）A。

频率计测量范围:（0～3000）Hz；准确度等级:0.1级及以上。

绝缘电阻表输出电压500V；准确度等级：10.0级。

2km仿真电路直流电阻：12.8Ω/km；分布电容：0.06μF/km；分布电感：0.8mH/km。

流量计测量范围:（60～600）mL/min；准确度等级：4.0级及以上。

电子秒表分辨力：0.01s。

注：标准气样值与标准气样标称值的允许偏离不超过10%。

2

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6校准项目和校准方法

6.1校准项目

示值误差、重复性、响应时间、信号传输误差。

6.2校准方法

6.2.1校准前准备

6.2.1.1外观及通电检查

传感器不应有影响其正常工作的外观损伤。通电后传感器的数据显示清晰、

完整。

6.2.1.2标志与标识检查

传感器的名称、型号、制造厂、防爆标志及编号、煤矿安全标志及编号等应

齐全、清楚。

6.2.2示值误差

6.2.2.1接通电源，按照传感器使用说明书要求的时间对其进行预热，预热时

间不少于30min；按照传感器使用说明书的通气流量通气,按图1所示连接气路，

通入高纯度氮气调整零点；在完成传感器的零点调整后，通入浓度为20.0%左右

的氮气中甲烷标准气体，亦可按厂家规定要求通入相应浓度的标准气体进行调

整，通气3min后，传感器测量值应与通入的甲烷气体浓度值一致，若有偏差，

通过遥控器进行调整，直至传感器显示值与通入甲烷气体浓度值一致。在此后的

校准过程中不得再次调整。传感器校准连接示意图如图1所示。

气体标准物质流量计被校准传感器直流稳压电源

2km仿真电路频率计

图1传感器校准连接示意图

6.2.2.2按传感器说明书的要求控制流量，分别通入浓度值约为0.50%、3.50%、

9.00%、35.0%、85.0%左右的氮气中甲烷气体标准物质，待读数稳定后，记录传

感器示值。每点测量3次，取其算术平均值为传感器的示值，按式（1）、式（2）

计算传感器的示值误差。

3

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xxx0（1）

xx

0（2）

x0

式中：

x——示值的绝对误差，%CH4；

——示值的相对误差，%；

x——示值的平均值，%CH4；

%CH

x0——甲烷气体标准物质浓度值，4。

6.2.3重复性

通入浓度值约为35.0%的氮气中甲烷气体标准物质，待读数稳定后，记录传

感器显示值，撤去气体标准物质。在相同条件下，重复上述测量6次，重复性按

式(3)进行计算。

n

(xx)2

1i

si1100%(3)

rxn1

式中：

sr——单次测量的相对标准偏差；

%CH

xi——传感器第i次的示值，4；

n——测量次数。

6.2.4响应时间

通入摩尔分数约为20.0%的氮气中甲烷气体标准物质，待读数稳定后，撤去

气体标准物质；通入零点气体至示值稳定，再通入摩尔分数约为20.0%的氮气中

甲烷气体标准物质，同时用秒表记录从通入气体标准物质瞬时起到传感器显示上

述稳定示值90%的时间。重复测量3次，取3次测量值的平均值作为传感器的响

应时间。

6.2.5信号传输误差

用直流稳压电源按传感器说明书规定的电压为其供电，在传感器信号输出端

接入2km仿真电路，在仿真电路末端接上对应的信号测试设备，分别通入浓度

4

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值约为0.50%、3.50%、9.00%、35.0%、85.0%左右的氮气中甲烷气体标准物质，

待读数稳定后，记录传感器示值。同时测量并读取对应浓度输出的电信号，每点

重复测量3次，计算出各点的示值平均值和输出信号平均值，按式(4)将输出信

号平均值换算成甲烷浓度值，按式(5)计算传感器的信号传输误差。

GG

m0(4)

GiPiP0

PmP0

式中：

%CH

Gi——输出信号平均值对应的甲烷浓度值，4；

%CH

Gm——输出信号上限对应的甲烷浓度值，4；

%CH

G0——输出信号下限对应的甲烷浓度值，4；

Pi——传感器输出信号平均值，Hz；

Pm——输出信号上限值，Hz；

P0——输出信号下限值，Hz。

Gix

100%(5)

xx

式中：

%

x——各点的信号传输误差，；

7校准结果表达与处理

7.1校准记录

校准记录格式参见附录A。

7.2校准结果的处理

校准证书内页格式参见附录B，校准证书应至少包括以下信息：

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（如证书编号），每页及总页数的标识；

5

JJF(黔)53—2021

e)客户的名称和地址；

f)被校对象的描述和明确标识（如型号、产品编号等）；

g)进行校准的日期或校准证书的生效日期；

h)校准所依据的技术规范的标识，包括名称和代号；

i)校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

j)校准环境的描述；

k)校准结果及测量不确定度的说明；

l)校准员及核验员的签名；

m)校准证书批准人的签名；

n)校准结果仅对被校对象有效的声明；

o)未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

8复校时间间隔

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸

因素所决定的，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

议复校时间间隔不超过12个月。

6

JJF(黔)53—2021

附录A

矿用激光甲烷传感器校准记录格式

共1页第2页

1、送校单位信息

送校单位名称地址

2、被校计量器具信息

计量器具名称制造厂

规格型号出厂编号

其它

3、本次校准使用的计量标准器信息

不确定度/准确度等标准证书

计量标准器名称测量范围有效期至

级/最大允许误差编号

4、校准环境条件及地点

地点温度℃相对湿度%其它

5、校准技术依据

6、校准项目

序

校准项目校准结果

号

测次测量值示值误差

平均值

标准物质浓度值123绝对相对

示

值

6.1误

差

显示值重

标准物质浓度值复

6.2重复性123456性

测得值平

标准物质浓度值均

6.3响应时间123值

7

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矿用激光甲烷传感器校准记录格式（续）

共2页第2页

序

校准项目校准结果

号

标准测量值输出信各点

平传感器

物质号换算信号

均信号传

浓度测次123成甲烷传输

值输误差

值浓度值误差

显示

输出信号

显示

信号传输

6.4

误差输出信号

显示

输出信号

显示

输出信号

显示

输出信号

示值误差测量

U=（k=）

结果不确定度

备注：

校准员：核验员：校准日期：

8

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附录B

矿用激光甲烷传感器校准证书内页格式

证书编号：

校准结果

序

校准项目校准结果

号

标准物质示值误差

示值平均值

浓度值绝对相对

1示值误差

2重复性

3响应时间

信号传输

4

误差

示值误差测量结果不确定度U=（k=）

注：1、本证书校准结果仅对该计量器具有效；

2、本证书封面未加盖校准专用章无效；

3、未经本校准实验室书面授权，不得部分复制本证书。

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附录C

矿用激光甲烷传感器示值误差的不确定度评定示例

C.1概述

C.1.1测量依据：JJF（黔）53-2021《矿用激光甲烷传感器》。

C.1.2环境条件：温度（15～35）℃，相对湿度不大于75%。

C.1.3测量对象：矿用激光甲烷传感器，甲烷的测量范围量程为(0～100)%，最

大允许误差±6%。

C.1.4测量标准：氮气中甲烷气体标准物质，其相对扩展不确定度Ur≤2%

（k=2）。

C.1.5测量方法：按传感器说明书的要求控制流量，分别通入浓度值约为

0.50%、3.50%、9.00%、35.0%、85.0%左右的氮气中甲烷气体标准物质，待读数

稳定后，记录传感器示值。每点测量3次，取其算术平均值为传感器的示值，按

式(C.1)、式(C.2)计算传感器的示值误差。

xxx0（C.1）

xx

0

（C.2）

x0

式中：

x——示值的绝对误差，%CH4；

——示值的相对误差，%；

x——3次示值的平均值，%CH4；

%CH

x0——甲烷气体标准物质浓度值，4。

C.2测量模型

C.2.1模型建立

测量模型按式（C.3）建立。

xxix0（C.3）

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式中：

x——传感器各测量点示值误差，%；

xi——传感器各测量点的显示值，%；

x0——标准气体浓度值，%。

C.2.2不确定度传播公式和灵敏系数

考虑各分量彼此独立，不确定度传播律公式为式（C.4）：

22222

ucc1u(xi)c2u(x0)（C.4）

灵敏系数：

x=1；

c1

xi

x=-1。

c2

x0

C.2.3标准不确定度主要来源

标准不确定度主要来源，包括测量重复性引入的不确定度、数显分辨率引入

的不确定度、频率计引入的不确定度和标准气体引入的不确定度等。

C.3标准不确定度分量的评定

C.3.1输入量xi引入的标准不确定度ur(xi)

C.3.1.1由传感器进行重复性测量引入的不确定度ur(x1)，采用A类方法进行

评定。重复性试验测量结果见表C.1。

表C.1重复性试验测量结果

测量次数12345678910

测量结果/%35.335.335.335.435.335.435.435.435.335.3

由表C.1可知在测量点为35.3%时，则单次实验标准差：

s=0.06%

在实际测量中，连续测量3次，以平均值作为测量结果，则其平均值的标准

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JJF(黔)53—2021

不确定度为：

s

u(x)==0.035%

13

测量点为35.3%时，其测量结果的相对标准不确定度为：

ur(x1)=0.098%

C.3.1.2数显分辨率引入的标准不确定度ur(x2)

由于分辨率为0.1%，则：

ur(x2)=0.081%

重复性引入的标准不确定度分量和分辨力引入的标准不确定度取其较大者

作为不确定度分量，则：

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

C.3.2输入量x0引入的标准不确定度ur(x0)

C.3.2.1频率计引入的不确定度，由频率计校准证书可知，U=1Hz，k=2。频

率计测量范围（0～10000）Hz，则其标准不确定度：

U

u==0.5Hz

k

理论上频率1Hz对应甲烷浓度值为0.125%，则：

ur=0.0017%

频率计引入不确定可忽略不计。

C.3.2.2标准气体引入的不确定度，由标准气体证书可知标准气体的扩展不确

定度Ur=2.0%，k=2。采用B类方法进行评定，则标准气体引入的不确定度：

U

u(x)=r=1.0%

r0k

C.4合成标准不确定度

C.4.1标准不确定度分量汇总表

标准不确定度分量汇总表见表C.2。

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表C.2标准不确定度分量汇总表

序号不确定度分量来源评定方法符号ui值||.

ciciui

1重复性引入A类ur(xi)0.098%10.098%

2标准气体引入B类ur(x0)1.0%-11.0%

C.4.2合成标准不确定度计算

输入量各标准不确定度分量间不相关，则合成标准不确定度：

22222

ucrc1ur(xi)c2ur(x0)

ucr(x)=1.1%

C.5扩展不确定度

取包含因子k=2，则测量结果的相对扩展不确定度：

Ur=k·ucr(x)=2.2%

13

2

0

2

－

1

5

3

（