0引言
城市生命线工程是保障城市健康运行的重要基础设施。目前，安徽省正在全面开展城市生命线工程建设,已在16个地市布置了大量可燃气体智能监测仪，总数量超过10万套，实现城市燃气等城市化生命线风险可防可控。地下可燃气体监测设备安装环境具有易燃易爆、高温、高湿、脏污等特殊性。管道长时间处于污浊的环境，管道内的有机物会通过微生物的发酵产生可燃气体。该气体产生的影响因素主要是温度和湿度等，尤其以温度为主。因此高温季节更容易诱发奢井（地下管道）内可燃气体的产生和积聚,存在着一定的安全隐患。通过使用先进监测设备和大数据、物联网等现代化科技手段,建立燃气等城市生命线工程监测系统是一种必然趋势。在城市燃气管网安全在线智能监测平台上，利用可燃气体智能监测仪对燃气泄漏实时监测预警,对城市生命线安全有着重要的意义。
尽管研究人员针对可燃气体探测器已经开展了大量的研究，但大多局限于家用可燃气体探测器，而对于工程应用型如城市生命线地下管网用途的可燃气体探测器的环境适应性研究较少[1-4]。因此，本文采用一款典型的广泛应用于城市生命线监测的可燃气体智能监测仪(ZNRQ200L/B)作为实验
样品，通过构建恶劣环境条件下可燃气体监测综合测试系统，模拟恒定湿热、高温、低温、粉尘、盐雾、浸水等环境，开展恶劣环境下可燃气体智能监测仪的环境适应性测试，对提高数据的准确性、产品性能的稳定性有着重要意义。
1实验设备及方案
1.1实验设备
本实验通过构建恶劣环境条件下可燃气体监测综合测试系统，模拟恒定湿热、高温、低温、粉尘、盐雾、浸水等环境，开展恶劣环境下可燃气体智能监测仪性能测试，研究恶劣环境下可燃气体智能监测仪环境适应性。实验系统原理如图1所示。
图1实验系统原理
1.1.1高低温湿热控制系统
热实验箱模拟实现环境温湿度条件。该实验箱可稳定控制温度-20~60℃，同时还有多种送风系统、危险化学气体发生装置、喷淋消毒装置等，精准模拟灾害环境。
1.1.2浸水实验系统
在实际环境中暴雨天气避免不了。为模拟暴雨时积水无法快速排除而导致监测设备浸水的环境，本实验利用浸水实验箱模拟现实环境中偶遇暴雨天气等条件,测试浸水后可燃气体智能监测仪能否维持可靠的正常监测功能。浸水实验箱内部水位高度为1.2m。将可燃气体智能监测仪放人浸水实验箱1m深处浸水24h，开展可燃气体智能监测仪浸水实验。
1.1.3盐雾实验系统
盐雾实验系统通过盐雾实验箱来模拟盐雾腐蚀环境。通过对材料及其防护层的抗盐雾腐蚀能力，以及相似防护层的工艺质量比较，来检测产品抗盐雾腐蚀的能力。
1.1.4粉尘实验系统
粉尘实验系统通过粉尘实验箱来模拟风沙环境，开展可燃气体探测器防尘干扰实验。该粉尘实验箱通过滑石粉来模拟现实中遇到的风沙，滑石粉粒径小于75μm，降尘量为600g/（m²·h）,滑石粉用量2~4kg/m²,箱内容积≥0.5m²。
1.2实验方案设计
本实验共开展7种实验。其中1种是基本性能测试，主要测试可燃气体智能监测仪性能特性；其余6种是模拟不同恶劣环境下对可燃气体智能监测仪性能影响。实验根据表1实验方案开展测试，采用控制变量法将48台设备进行1~48编号，按设备编号平均分成6组，每组8台，开展相应环境下对可燃气体智能监测仪性能影响的研究。表1中，序号1为实验对照组，对48台设备进行校准；序号2～7为实验研究组，共计6个实验项目，每个实验项目分别用8台设备进行检测。
表 1实验方案测试
1.2.1实验对象
检测系统基于某公司提供的可燃气体智能监
测仪，其产品规格型号如表2所示。本次实验样品数量共计48台设备。图2为可燃气体智能监测仪，设备安装在燃气管网周边的相邻空间（如窖井内），用于监测泄漏聚集的甲烷气体。
表2可燃气体智能监测仪规格型号
(a)可燃气体智能检测仪(b)可燃气体智能检测仪布置图2可燃气体智能监测仪及其安装
1.2.2实验方法
首先对本实验的研究对象(48台可燃气体智能监测仪)进行校准。为确保实验前研究对象性能正常，将标准甲烷气体通人可燃气体智能监测仪的进气口，可燃气体智能监测仪通过泵吸的方式将待测气体吸入内部进行检测,测试其气体浓度检测功能是否正常。
可燃气体智能监测仪校准测试如图3所示。校准测试中需要甲烷气体标准物质和玻璃转子流量计，气瓶压强控制在0.1MPa，气体流速控制在600mL/min，先通气5s，待气体浓度稳定后开始测试。测试通过蓝牙实现采集数据的传输，图4为数据采集界面。
图3可燃气体智能监测仪校准测试
图4数据采集界面
根据表3实验要求开展相关实验，将可燃气体智能监测仪放人相应的实验环境中，实验结束后，将可燃气体智能监测仪从实验环境中取出置于正常环境进行测试。产品应满足：通入甲烷标准气体后能够检测到甲烷气体浓度，测试结果与标准气体浓度值误差不超过全量程的±5%；样品的温湿度检测功能正常;样品的浸水检测功能正常。
表3实验要求
1.2.3参数计算方法
依据可燃气体检测报警器检定规程[5]，使用实验后的可燃气体智能监测仪，对规格分别为2.0%VOL、8.0%VOL、12.0%VOL的3种标准甲烷气体进行测试，每种气体浓度记录3组数据，分析示值误差，用8.0%VOL的甲烷气体做重复性测试，记录6组数据，分析重复性。依据计量性能要求示值误差应在±5%FS(FS表示仪器的满量程）,重复性应≤2%。按式(1)计算每个值示值误差AC,取绝对值最大的AC为示值误差。按式(2)计算的相对标准偏差为重复性。通过分析示值误差和重复性来判定该实验设备气体浓度检测功能是否正常。
(1)
式中：C为仪器示值的算术平方值：C.为通人仪器气体标准物质的浓度值；R为仪器满量程，此处为 20%V0L。
(2)
式中:S,为单次测量的相对标准偏差;C为6次测量的平均值；C.为第i次的示值。
2实验结果分析
2.1环境适应性实验前数据结果分析
图5为实验前对可燃气体智能监测仪的测试结果,其中包含了示值误差和重复性。由图5可以看出本次48套设备检测结果的示值误差稳定在±1%FS之间，平均值为-0.08%FS，在要求的±5%FS范围内；重复性在0.05%~0.8%之间，平均值为0.30%，在要求的2%范围内。这说明可燃气体智能监测仪性能良好，可以作为本实验的研究对象开展实验。
图5实验前校准
2.2环境适应性实验后数据结果分析
实验后数据分析如图6所示。从检测结果的示值误差分析，可以看出实验前的示值误差平均值在-0.08%FS；在经过恒温湿热、粉尘、盐雾实验后，示值误差数据略微波动，但基本维持在初始数据示值误差平均值左右，其绝对值在1%FS以内，说明恒温湿热、粉尘、盐雾环境对该设备的精度影响很小；在浸水实验后,示值误差有所下降，维持在-2.55%FS~-1.35%FS之间，符合产品要求；在高温、低温实验后，示值误差偏差稍大，大致在-3.85%FS~-2.35%FS之间,仍在要求范围内。特定环境(如高温、低温、浸水)对该设备的精度有影响，但影响较小。由图6检测结果的重复性分析可以看出，实验前的重复性平均值为0.30%，说明该设备性能稳定性较好；在经过恒温湿热、高温、低温环境时对设备的性能略有影响但不明显，重复性在0.25%~0.67%之间；在经过粉尘、盐雾、浸水环境时对设备的性能影响较大，重复性上升至0.75%~1.45%之间，对比2%的重复性，仍在要求范围内，说明该设备符合要求。但特定环境下（如粉尘、盐雾、浸水)对设备稳定性影响较大，需定期对设备进行校准，以此来保持设备的稳定性。
图6不同环境实验后测试结果