矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器校准规程

ICS31-070

CCSL15

团体标准

T/QGCMLXXXX—2022

矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器

校准规程

Calibrationspecificationforlasermethanesensorinminegasextractionpipeline

（征求意见稿）

2022-XX-XX发布2022-XX-XX实施

全国城市工业品贸易中心联合会发布

T/QGCMLXXXX—2022

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国城市工业品贸易中心联合会提出并归口。

本文件主要起草单位：

本文件参与起草单位：

本文件主要起草人：

II

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矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器

校准规程

1范围

本文件规定了矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器校准规程的术语和定义、工作原理、计量特性、校

准环境、校准项目、校准方法、校准注意事项、校准结果记录、复校时间间隔。

本文件适用于矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器的校准。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；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

文件。

AQ6211-2008煤矿用非色散红外甲烷传感器

JJF（晋）43-2020煤矿用激光甲烷测定器校准规范

JJF1001-2011通用计量术语及定义

3术语和定义

JJF1001-2011、AQ6211-2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器minegasextractionpipelasermethanesensor

是由激光光谱吸收原理来测量甲烷浓度的仪器。

4工作原理

矿用瓦斯抽采管道激光甲烷传感器主要是由激光探头、电子部件和显示部分等组成，在被测环境中

甲烷以扩散方式与激光探头接触，甲烷浓度值转换成电信号，通过电子部件处理显示浓度值，用于瓦斯

抽放管道检测。

5计量特性

5.1示值误差

示值误差以绝对误差表示。在规定工作条件下，示值与标准值之差最大一般不应超过表1规定。

表1示值误差参考

测量范围最大允许误差

0﹤x≤1%绝对误差：±0.07%

1%﹤x≤10%相对误差：±7%

10%﹤x≤100%相对误差：±7%

注：x为甲烷的摩尔分数。

5.2重复性

重复性不大于1%。

5.3响应时间

1

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不大于50s。

5.4传输误差

模拟信号的传输误差不大于0.5%

6校准环境

6.1环境条件

——环境温度：（15～35）℃；

——相对湿度：≤85%；

——大气压力：（86～106）kPa；

——应无影响传感器正常工作的气体和电磁场干扰；

——应配备必要的防爆和通风设备。

6.2测量标准及设备

测量标准及配套设备应符合表2所示。

表2测量标准及配套设备

设备要求

流量计测量范围（60～600）ml/min，准确度级别不低于4.0级。

直流电流表测量范围不小于200mA，准确度级别不低于0.5级。

频率计频率范围不小于300Hz，准确度级别不低于2.5级。

声级计测量范围（30～130）dB（A），分辨力不低于0.1dB。

钢直尺测量范围（0～1000）mm，分辨力不低于1mm。

电子秒表分辨力不低于0.01s。

绝缘电阻表输出电压500V，准确度级别不低于10.0级。

直流稳定电源最高输出电压不低于30V；最大输出电流不低于3A。

仿真电路仿真电路要求见附录A。

7校准项目

——示值误差；

——重复性；

——响应时间；

——信号传输误差。

8校准方法

8.1校准前准备

——按图1所示的方式连接各设备；

——对传感器进行预热一般不少于15min；

——按照（200±10）ml/min的通气流量，通入零点气体调整传感器零点；

——稳定后，传感器按照（200±10）ml/min的通气流量，通入摩尔分数约为85%的甲烷气体进行

示值调整。

注：分别调整3次，在之后的校准过程中不得再次调整。

2

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图1传感器校准示意图

8.2示值误差

传感器稳定后，按规定流量，传感器通入摩尔分数约为0.5%、3.5%、9.0%、35%、85%的气体标准物

质各3min，读取传感器的稳定显示值，重复3次，取其算术平均值为其示值。按式(1)、式(2)计算传感

器的示值误差。

－···········································································(1)

－

······································································(2)

式中：

—示值的绝对误差，摩尔分数；

—示值的相对误差；

—三次示值的算术平均值，摩尔分数；

—通入的甲烷气体标准物质浓度值，摩尔分数。

8.3重复性

传感器稳定后，按规定流量，传感器通入摩尔分数约为35%的甲烷气体标准物质，读数稳定后，记

录传感器显示值，撤去甲烷气体标准物质。在相同条件下，重复上述测量6次。重复性以单次测量的

相对标准偏差来表示，并按式(3)进行计算。

－

·····························································(3)

式中：

—单次测量的相对标准偏差；

—6次示值的算术平均值，摩尔分数；

—传感器第i次的示值，摩尔分数。

8.4响应时间

传感器零点稳定后，按规定流量，通入摩尔分数约为20%的甲烷气体标准物质，读数稳定后，撤去

甲烷气体标准物质；通入零点气体至示值稳定，再通入摩尔分数约为20%的甲烷气体标准物质，同时用

秒表记录从通入甲烷气体标准物质瞬时起到传感器显示以上稳定示值90%的时间。重复测量3次，取3次

测量值的算术平均值作为传感器的响应时间。

8.5信号传输误差

3

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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人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，按规定流量。

传感器通人摩尔分数约为3.5%、9.0%、35%、85%的甲烷气体标准物质，待读数稳定后，记录传感器

的示值。同时测量并读取对应浓度输出的电信号值,每点重复测量3次，计算出各点的显示值算术平均

值和输出信号的算术平均值，按式(4)将输出信号的算术平均值P换算为甲烷浓度值。

－

－·································································(4)

－

式中：

—输出电信号上限对应的甲烷浓度值，摩尔分数；

—输出电信号下限对应的甲烷浓度值，摩尔分数；

—输出电信号上限标称值，Hz；

—输出电信号下限标称值，Hz；

—各点的输出信号的算术平均值，Hz；

—各点的输出信号的算术平均值换算的甲烷浓度值，摩尔分数。

再按式（5）计算传感器各点的信号传输误差。取最大的为其信号传输误差。

－

····································································(5)

式中：

—各点的信号输出误差；

—各点的输出信号的算术平均值换算的甲烷浓度值，摩尔分数；

—各点的显示值算术平均值，摩尔分数。

9校准注意事项

a)校准前需用专用清洁剂对被校准传感器进行清洁擦拭；

b)对被校准传感器进行外观检查，检查传感器外观有无破损，传感器名称、型号、制造厂商、

防爆标志等标识是否齐全；

c)校准需符合JJF（晋）43-2020规范，根据测试数据，计算出不确定度后，出具证书及原始记

录，然后黏贴标签。

10校准结果记录

10.1校准数据处理

小数点后保留的位数应以舍入误差小于传感器最大允许误差的1/10倍为限，校准结果为舍入后的

数据。传感器校准结果记录于传感器校准记录，记录（式样）见附录B。

10.2校准证书

传感器校准后出具校准证书，校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内页格式见附录C经校准的

传感器发给校准证书，出具校准证书时应同时给出校准结果和测量结果的不确定度。

10.3测量结果测量不确定度评定

传感器示值误差测量结果的不确定度评定示例见附录D。当用户有要求时，可以对示值误差等计量

特性进行符合性判定，并将判定结论列于校准证书上。进行符合性判定时,应考虑测量结果的扩展不确

定度。

11复校时间间隔

4

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复校时间间隔的长短与使用环境条件、使用者、本身质量等诸多因素有关，可根据实际情况自主决

定复校时间间隔。

5

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A

A

附录A

（资料性）

仿真电路要求

模拟传感器至测试设备传输距离的仿真电路应符合以下要求:

——应能模拟传感器至测试设备的2km传输距离；

——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；

——用平衡均匀电路，每千米网络应符合图A.1规定，其中R为每千米环路电阻的1/4，L为每千

米电感量的1/4,C为每千米分布电容量；

——每一段模拟网络的长度应不大于1km,且不大于所传输信号最短波长的1/16；

——仿真电路可根据需要由相等的两部分组成在一起。

图A.1仿真电路图

6

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B

B

附录B

（资料性）

记录（式样）

矿用激光甲烷传感器校准原始记录

证书编号：

客户型号规格

器具名称出厂编号唯一性编号

不确定度/最大

制造单位测量范围允许误差/准确

度等级

温度：℃

校准依据环境条件

湿度：%RH

校准用计量标准装置

计量标准不确定度/准确度等级

名称测量范围有效期

考核证书号/最大允许误差

校准用计量标准器

不确定度/准确度等级/溯源证书

名称编号测量范围溯源机构名称

最大允许误差编号/有效期

接收日期年月日校准日期年月日

校准地点

校准项目校准结果

外观与结构符合□不符合

标志与标识符合□不符合

7

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通电检查正常□不正常

标准物质浓度显示值(%CH4)平均值示值误差相对扩展不确定度

(%CH4)123(%CH4)(%CH4)Urel（k=2）

%

%

示值误差

%

%

%

%

%

显示值(%CH4)重复性(%)

标准物质浓度

重复性123456x

(%CH4)

标准物质浓度测量值（s）

平均值（s）

响应时间(%CH4)123

123平均值(%CH4)

报警动作值

报警功能123平均值dB（A）

报警声级强度

报警光信号在黑暗环境20m处清晰可见□符合□不符合

绝缘电阻□符合(≥50MΩ）□不符合(＜50MΩ）

校准员：审核员：

8

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C

C

附录C

（资料性）

校准证书式样

校准证书

证书编号：XXXXXXXXX

客户

地址

器具名称

型号规格

出厂编号

制造单位

批准人__

审核员___

（校准专用章）

校准员

接收日期XXXX年XX月XX日

校准日期XXXX年XX月XX日

发布日期XXXX年XX月XX日

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校准说明

1.使用的计量标准：

计量标准不确定度/准确度等级

计量标准名称测量范围有效期

考核证书号/最大允许误差

2.依据/参照的技术文件（代号、名称）：

3.使用的计量标准器具及主要配套设备：

不确定度/准确度等溯源机构溯源证书

名称编号测量范围

级/最大允许误差名称编号/有效期

4.校准地点、环境条件：

地点：

温度：℃湿度：%RH

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校准结果

一、外观与结构：

二、通电检查：

三、示值误差：

标准值示值平均值相对扩展不确定度

（%CH4）（%CH4）Urel（k=2）

四、重复性：%

五、响应时间：s

六、报警功能及报警动作值：

1.报警动作值：%CH4

2.报警功能检查：

3.报警声级强度：dB(A)

七、功能检査：

绝缘电阻：MΩ

注：

1.本证书的校准结果仅对被校准器具有效。

2.未经本公司批准不得部分复制证书。

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附录D

（规范性）

不确定度评定

煤矿用激光甲烷传感器校准结果不确定度评定

D.1概述

D.1.1测量依据：JJF43-2020《煤矿用激光甲烷传感器》校准规范

D.1.2环境条件：温度26℃；相对湿度48％。

D.1.3被测对象：煤矿用激光甲烷传感器。

D.1.4测量方法及标准物质（器）：

采用直接测量法校准煤矿用激光甲烷传感器（以下简称仪器），对仪器通入一定浓度的标准气体，

读数稳定后读取仪器的示值，重复测量3次，其读数的算术平均值与气体标准物质浓度值之差为仪器的

示值误差。

氮气中甲烷气体标准物质，浓度分别为0.50%、1.50%、3.49%，6.50%、35.08%、65.01%、84.69%，

其相对扩展不确定度为Urel=1%（k=2）。

D.2测量模型及不确定度来源分析

D.2.1测量模型

测量模型以示值误差的形式给出，如式（1）所示：

Δx=xi-xo(1)

式中：Δx--仪器示值误差；

xi--仪器的示值；

xo--标准气体的浓度；

由于各标准不确定度分量彼此独立，依据不确定度传播率由式（2）计算

u222222

cu(x)=c1u(xi)c2u(xoi)(2)

x

c11

xi

x

c21

xo

D.2.2不确定度来源

仪器校准结果的不确定度来源主要包括：

——被校仪器测量重复性引入的标准不确定度uxi；

——被校仪器显示分辨率引入的标准不确定度x；

——气体标准物质引入的不确定度u(xoi)。

D.3计算分量的不确定度评定

D.3.1测量重复性引入的标准不确定度

该仪器测量范围为（0~100）%CH4，重复性引入的标准不确定度是由被测量仪器在相同条件下，重

复多次测量的重复性决定的，用A类方法进行评定，依据规范，依次通入浓度为0.50%、1.50%、3.49%，

12

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6.50%、35.08%、65.01%、84.69%的氮气中甲烷气体标准物质，各重复测量10次，进行重复性引入的标

准不确定度uxi计算：

表D.1重复测量示值及平均值

测量点

0.501.503.496.5035.0865.0184.69

（%CH4）

10.481.493.436.4935.165.084.8

20.501.493.466.4735.065.184.8

30.491.483.466.5335.165.084.6

40.491.473.456.5235.165.084.8

50.471.483.476.4735.164.884.9

60.481.503.456.4734.964.984.8

70.471.473.456.4435.064.985.0

80.491.473.446.4535.064.885.0

90.481.483.446.4635.165.084.5

100.481.473.456.5134.965.184.4

平均值

0.4831.483.456.48135.0364.9684.76

（%CH4）

i0.0095%0.0106%0.0116%0.0304%0.0824%0.1075%0.2011%

s(x)

n

2

(xix)

i1

s(x1)

单次测量的实验标准偏差n1×100%

在平时的实际测量中，在重复条件下连续测量3组，即n=3,以其算术平均值作为测量结果，则其重

s(xi)

复性引入标准不确定度为：uxi=,

3

同上得：

测量点

0.501.503.496.5035.0865.0184.69

（%CH4）

x1

u（%CH4）0.00550.00610.00670.01760.04750.06210.1161

D.3.2测定器显示分辨率引入的标准不确定度x

被校测定器测量范围为（0～10）%的分辨率为0.01%CH4，以均匀分布，所以：

u()0.290.29×0.01=0.0029%CH4

被校测定器测量范围为（10～100）%的分辨率为0.1%CH4，以均匀分布，所以：

u()0.290.29×0.1=0.029%CH4

比较测量重复性和仪器分辨率引入的标准不确定度分量，选取标准不确定度大的分量作为输入量x

的标准不确定度，忽略另一个分量，经比较重复性引入分量大于仪器分辨率引入的分量，因此我们取重

复性引入的分量作为测定器显示值的标准不确定度分量。

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D.3.3气体标准物质引入不确定度u(xoi)

xi1%

根据气体标准物质证书可知，Urel=1%,k=2,所以气体标准物质引入标准不确定度为u(x0i)，

2

各校准点的气体标准物质引入标准不确定度如表D.2所示：

表D.2气体标准物质引入标准不确定度

测量点

0.501.503.496.5035.0865.0184.69

（%CH4）

u(x0i)

0.0030.0080.0180.0330.1760.3260.424

（%CH4）

D.3.4标准不确定度一览表

表D.3标准不确定度一览表

标准不确ciux

不确定度来源不确定度（%CH4）ci测量点（%CH4）

定度分量

(%CH4)

0.00550.00550.50

0.00610.00611.50

0.00670.00673.49

ux1测量重复性0.017610.01766.50

0.04750.047635.08

0.06210.062165.01

0.11610.116184.69

0.0030.0030.50

0.0080.0081.50

0.0180.0183.49

气体标准物质0.033-10.0336.50

0.1760.17635.08

0.3260.32665.01

0.4240.42484.69

D.4合成标准标准不确定度及扩展不确定度

D.4.1合成标准不确定度

合成标准不确定度计算公式为：

22

ucic1u(xi)c2u(x0i)

各校准点的合成标准不确定度如表4所示：

表D.4合成标准不确定度

测量点

0.501.503.496.5035.0865.0184.69

（%CH4）

uci

0.0070.0110.0200.0380.1830.3320.440

（%CH4）

14

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D.4.2扩展不确定度：

取包含因子k=2,扩展不确定度计算公式为：

U=uci2

各校准点的扩展不确定度如表D.5所示：

表D.5扩展不确定度

测量点

0.501.503.496.5035.0865.0184.69

（%CH4）

U=

0.0140.0220.0400.0760.3660.6640.880

（%CH4）

D.5测量不确定度的报告和表示

表D.6测定器各校准点误差的测量结果的扩展不确定度

测量点（%CH4）扩展不确定度

0.50U=0.014%CH4，k=2

1.50U=0.022%CH4，k=2

3.49U=0.040%CH4，k=2

6.50U=0.076%CH4，k=2

35.08U=0.366%CH4，k=2

65.01U=0.664%CH4，k=2

84.69U=0.880%CH4，k=2

D.6相对扩展不确定度的报告和表示

表D.7测定器各校准点误差的测量结果的相对扩展不确定度

测量点（%CH4）相对扩展不确定度

0.50Urel=2.8%，k=2

1.50Urel=1.5%，k=2

3.49Urel=1.3%,k=2

6.50Urel=1.2%，k=2

35.08