本文摘要：随着技术的进步，目前市场上已出现Ma保护等级的甲烷传感器，如红外甲烷传感器以及光纤、激光甲烷传感器。如果按照标准使用场所的需要，这类甲烷传感器相比较载体催化式甲烷传感器安全等级更高，使用范围更广，安全级别更高。《 矿业研究与开发 》主要刊载采
随着技术的进步，目前市场上已出现Ma保护等级的甲烷传感器，如红外甲烷传感器以及光纤、激光甲烷传感器。如果按照标准使用场所的需要，这类甲烷传感器相比较载体催化式甲烷传感器安全等级更高，使用范围更广，安全级别更高。《矿业研究与开发》主要刊载采矿、地压选矿、爆破、矿山机电与自动化、矿山计算机应用、矿山环保、资源综合利用、特殊采矿及经营管理等方向的内容。主要面向矿山企业、科研设计、高等院校、矿业经营管理等部门的工程技术人员、管理干部和师生。
煤矿井下瓦斯浓度大小关系着煤矿的安全生产作业，作为煤矿井下用检测瓦斯浓度的甲烷气体传感器，按其原理分主要分为光干涉甲烷传感器、催化燃烧式甲烷传感器以及红外、光纤、激光等原理的甲烷传感器[1-2]。虽然红外、光纤、激光等新型原理的甲烷传感器由于技术的进步陆续得到推广和应用，但还是存在一些工作不稳定和质量不可靠的技术性难题，现阶段还是主要以技术成熟的催化燃烧式甲烷传感器和光干涉式甲烷测定器为主。其中作为催化燃烧式甲烷传感器的核心部件催化元件由于制作工艺复杂，质量、精度、防爆安全要求高的原因，势必会使催化元件的防爆安全性能检测检验变得十分重要[3]，随着技术和安全的发展，矿用本质安全型设备也势必会朝着Ma保护等级的方向努力。
1甲烷催化元件的工作原理
检测甲烷等可燃气体的仪器一般使用催化燃烧式原理的传感器[4]，它可以被看成是一个小型化的热量计，它的检测原理在几十年内没有大的变化。这是一个惠斯通电桥的结构。在它的测量桥上涂有催化物质，测量时，要在参比和测量电桥上施加电压使之加热从而发生催化反应，这个温度大约是500℃或者更高。正常情况下，电桥是平衡的，输出为零。如果有可燃气体存在，它的氧化过程会使测量桥被加热，温度增加，而参比桥温度不变。电路会测出它们之间的电阻变化，输出的电压同待测气体的浓度成正比。同理，催化燃烧式甲烷传感器的工作原理[5]是:在传感元件(含敏感元件)表面的甲烷，在催化剂的催化作用下，发生无焰燃烧，放出热量，使传感元件升温，进而使传感元件电阻变大，通过测量传感元件电阻变化就可测出甲烷气体的浓度。
2现阶段甲烷催化元件的防爆试验
众所周知，现阶段的甲烷催化元件作为隔爆型产品认证，主要是针对隔爆外壳的防爆性能要求，即催化元件粉末冶金罩的“隔爆性能”和“耐爆性能”，隔爆性能的型式试验要求是通过点燃粉末冶金罩内的可燃性气体而不引爆粉末冶金罩外试验罐的可燃性气体即可达到隔爆性能的要求;而耐爆性能试验要求则是通过1MPa的外壳静压的试验方法来验证粉末冶金罩及浇封剂的强度是否满足标准要求。
2.1隔爆性能试验(内部点燃的不传爆试验)
根据内部点燃不传爆试验的要求，把外壳即粉末冶金罩放在一个试验罐内，外壳内和试验罐内应在大气压下充以相同的爆炸性混合物[6]，对于I类电气设备，充以(55±0.5)%氢气和空气的混合物，进行内部点燃不传爆试验，重复5次，如果点燃没有传播到试验罐，则认为试验结果合格[7]。试验装置原理图如图1所示。
2.2耐爆性能试验(外壳耐压试验)
根据外壳耐压试验的要求，对于小型设备不能测定参考压力时，应采用静压试验的方法，试验压力为1MPa，加压试验至少为10s，试验只进行一次，如果试验结果未发生影响防爆型式的永久性变形或损坏，且没有通过外壳壁泄露，则认为外壳耐压试验合格。试验原理图如图2所示。
3CE认证要求试验项目-矿用Ma等级催化燃烧甲烷传感器试验
但通过分析和实践可以发现[8]，催化燃烧式的方式与红外光源发光式的小元件热点燃式的防爆机理十分相似，如果都能够满足小元件点燃试验，二者均可以达到Ma的保护等级。矿用Ma等级催化燃烧甲烷传感器试验项目的目的是验证催化珠的无焰燃烧反应在故障条件下的最大功耗状态下不能够点燃爆炸性气体[9-10]。试验步骤如下:
a)准备黑白催化元件各10个(不带传感器外壳)
b)将元件装在实际使用的电路板上或者模仿使用条件的测试夹具下。
c)将爆炸性气体覆盖催化元件，周边要有通风系统(防止排出气体爆炸)。
d)使催化珠周围通6.5%±0.2%的甲烷气体。
e)给催化珠以最大的正常工作电压供电。
f)缓慢的增加电压直到催化珠达到1.5倍的最大正常功耗。
g)等待催化珠达到最大的热平衡(每10%的上电时间间隔测试一次，不得小于5分钟，热平衡判定条件有:测得的3个连续的催化珠最高温度变化小于5%;或者催化珠的温度降到530度以下;或者催化珠的功耗降到最大功耗的5%)。
h)如果测试终止是因为元件损坏，剩余的测试样品应该降低功耗继续测试(再次等待热平衡，观察最高功耗的热平衡下不点燃甲烷)。
i)记录爆炸性气体的点燃，冷火焰应该认为是一个点燃，应该用目视或者热电偶记录点燃。
j)如果测试过程中没有点燃，测试完成后应该点燃夹具内的气体，以证明测试过程中没有点燃。注:要完成上述试验，需要首先大致找到催化珠的热平衡工作条件，其次还要试验能否目视观察出6.5%±0.2%的甲烷气体的爆炸，如无法目视点燃可考虑用压力传感器监控。覆盖传感器的空间尽量要小，采用体积小一点的带观察窗的隔爆外壳，以尽量降低爆炸威力。按照试验要求，采用上述隔爆性能试验用自制的试验装置以及高压点火试验系统能够很好地完成该试验，具体的试验装置模拟框图如图3所示。
4结语
为了适应新的煤矿安全规程的要求以及矿用产品Ma等级的推广应用，国内势必会推行催化元件矿用Ma等级催化燃烧甲烷传感器认证的要求。
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