《燃气用激光TDLAS甲烷传感器》

ICS01.120

A00

团体标准

T/CASXXXX—2019

燃气用激光TDLAS甲烷传感器

TDLASlasermethanesensorforgas

(征求意见稿)

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国标准化协会发布

T/CASXXX—201X

目次

前言.......................................................................................................................................................III

1范围.........................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.........................................................................................................................................1

3术语和定义.................................................................................................................................................1

4基本参数.....................................................................................................................................................1

5技术要求.....................................................................................................................................................2

6试验方法.....................................................................................................................................................4

7检验规则.....................................................................................................................................................9

8标志、包装、运输、贮存和校准周期...................................................................................................11

II

T/CASXXX—201X

燃气用激光TDLAS甲烷传感器

1范围

本文件规定了燃气检测用激光TDLAS甲烷传感器的基本参数、技术要求、试验方法、检验规

则和标志、包装、运输、贮存和校准周期。

本文件适用于燃气管网泄漏检测用激光TDLAS甲烷传感器。

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（包括所有的修订单）

适用于本文件。

GB/T191包装储运图示标志

GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划

GB/T2829-2002周期检验计数抽样程序及表

GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求

GB3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备

GB/T4208外壳防护等级（IP代码）

GB15322.2-2019可燃气体探测器第2部分：家用可燃气体探测器

GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1激光TDLAS甲烷传感器tunablediodelaserabsorptionspectroscopymethanesensor

基于朗伯-比尔定律，采用TDLAS谐波探测技术制作，将检测到的甲烷气体浓度转换成输出信

号的传感器，以下简称“传感器”。

注1：朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，指特定波长的激光穿过被测甲烷气体，激光光强的衰减量与甲烷气体浓

度成正比，可通过测量气体对激光的吸光度来测量气体浓度。

注2：TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）是可调谐半导体激光吸收光谱的简称，TDLAS技术

是利用待测气体对激光的选择吸收特性，通过在接收端对气体吸收谱线进行计算分析，测得气体组分浓度。基于

TDLAS技术检测气体的方法分为直接吸收光谱法、频率调制光谱法和波长调制光谱法。

4基本参数

1

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4.1工作环境条件

传感器的工作条件如下：

——工作温度：-40℃～70℃（工业级）、-10℃～55℃（民用级）；

——相对湿度：0～98%RH；

——大气压力：86kPa～106kPa。

注：工业级传感器使用环境包括但不限于燃气管道窨井、场站等室外场所，民用级传感器使用环境包括但不限

于户用室内场所。

4.2外形尺寸及机械接口

传感器的外形尺寸宜不大于φ50mm×100mm，机械接口宜为M20×1.5，并符合相关产品技术

条件的规定。

4.3电气连接

传感器的电气连接宜为4线连接方式，并符合相关产品技术条件的规定。

4.4激励电源

传感器的激励电源宜为3.3V±0.3V或5V±0.3V，并符合相关产品技术条件的规定。

4.5测量范围

传感器的测量范围应符合相关产品技术条件的规定，测量浓度下限不应高于0.05%VOL，测量

浓度上限不应低于5%VOL。

4.6使用寿命

在工作环境条件下，传感器连续通电工作模式，使用寿命大于等于5年，传感器的激光器间断

出光工作模式，使用寿命大于等于10年（或累积出光时间大于等于5年）。

5技术要求

5.1外观

传感器的外观应无明显的瑕疵、划痕、裂纹、毛刺、锈蚀等损伤，产品标识应清晰、完整、准

确、牢固。

5.2性能

5.2.1基本误差

传感器的基本误差应符合表1要求。

表1传感器基本误差

测量范围基本误差备注

甲烷含量≤1%VOL±0.05%VOL常温：20℃±5℃

2

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测量范围基本误差备注

1%＜甲烷含量≤5%VOL±3%FS常温：20℃±5℃

5%＜甲烷含量≤100%VOL±5%真实值常温：20℃±5℃

5.2.2零点输出

传感器的零点输出误差应符合±0.02%VOL。

5.2.3满量程输出

传感器的满量程输出误差应符合表1要求。

5.2.4温度影响误差

传感器的温度误差应符合±10%FS。

5.2.5压力影响误差

传感器的压力误差应符合±10%FS。

5.2.6示值稳定性

传感器的示值稳定性应符合±0.1%VOL。

5.2.7响应时间

传感器的响应时间T90≤25s。

5.2.8恢复时间

传感器的恢复时间≤25s。

5.2.9分辨率

传感器的分辨率优于0.03%VOL。

5.2.10电压波动

传感器在电压波动条件下的满量程输出应符合5.2.2的规定。

5.2.11重复性

在标准的试验环境条件下，对同一个传感器同一浓度实测6次，其检测值的相对标准偏差应在

±5%以内。

5.3环境适应性

5.3.1低温工作

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.2高温工作

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

3

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5.3.3恒定湿热

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.4振动

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.5跌落

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.6抗蒸汽干扰性

传感器的零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.7静电放电抗扰度

传感器的零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.3.8射频电磁场辐射抗扰度

传感器的零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.4长期稳定性

传感器外观应符合5.1的规定，零点输出应符合5.2.2的规定，满量程输出应符合5.2.3的规定。

5.5防护性能

传感器内部应满足干燥无水浸，工业级传感器防护等级应不低于IP65，民用级传感器防护等级

应不低于IP54。

5.6防爆性能

工业级传感器的防爆等级应不低于ExibIIBT4Gb，民用级传感器的防爆性能应符合GB15322.2

中的规定。

6试验方法

6.1检验条件

6.1.1环境条件

如无特殊规定，一般试验用环境条件推荐范围：

a）温度：20℃±5℃；

b）相对湿度：≤75％RH；

c）大气压力：86kPa～106kPa。

6.1.2标准气样

试验用标准气样应采用经国家计量部门考核认证的单位提供的气样，其不确定度应不大于

4

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2%(k=2)。也可采用标准气体稀释装置稀释高浓度的气体标准物质，稀释后的气体浓度误差符合测试

与试验要求。

6.1.3试验用主要仪器设备

测量和试验中所涉及的仪器仪表应检定合格并在检定有效周期，主要仪器设备见表2。

表2试验仪器、设备或装置

序号设备名称精度等级

1游标卡尺±0.01mm

2稳压电源±0.001VDC

3计时器±0.1s

4甲烷气体探测器±0.05%VOL

5多用途数字表（或信号采集装置）5位半

6气体流量计4级

7高低温交变湿热试验箱±3℃

6.1.4试验装置与连接

试验装置主要由标准气体（可带自动配气装置）、流量计、高低温交变湿热试验箱（简称：试验

箱）、信号采集装置（或多用途数字表、上位机）、计时器组成，测试与试验时的连接按图1进行。

气流方向

数据传输

高低温交变湿热试验箱

标定罩

甲烷标准气体流量计传感器信号采集装置

清洁空气

图1测试与试验安装连接图

6.1.5测试与试验通用要求

测试与试验通用要求应符合下列要求：

a）测试与试验过程中，应对试验装置进行确认与参数监测，保证温度、压力、气体浓度等参数

5

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符合试验要求。

b）将被试传感器与试验有关的试验装置正确安装后，应检查连接气路无泄漏，并在试验环境中

放置30min以上，仪器仪表按说明书的规定进行通电预热。

c）传感器测试输出信号前，应在稳定的环境下通电30min以上。

d）通入标准气样时，流量一般不高于500mL/min，传感器测试前，应检测试验箱内气体浓度已

达到测试要求的标准气体浓度并稳定，保持1min～2min后再测试传感器输出信号。

e）每次更换标准气样前，需在试验箱内通入清洁空气并保持1min～2min。

f）测试与试验过程中应按易燃易爆危险气体安全操作要求进行操作，保证过程安全。

6.2外观试验

目视检查传感器的外观，结果应符合5.1的规定。

6.3性能试验

6.3.1基本误差

在标准的试验环境条件下，通入不同浓度标准甲烷气体，气体浓度至少包括清洁空气、1%VOL、

3%VOL、5%VOL和测量范围上限浓度，测试传感器的输出值。通入气体时，先由低浓度到高浓度，

再从高浓度到低浓度，至少进行2个循环。每个浓度点下输出值的平均值为测试值，测试值与标准

气体浓度误差应符合5.2.1的规定。

6.3.2零点输出

在标准的试验环境条件下，测试传感器的零点输出值，结果应符合5.2.2的规定。

6.3.3满量程输出

在标准的试验环境条件下，向传感器内通入满量程对应浓度的标准甲烷气体，测试传感器的输

出值，结果应符合5.2.3的规定。

6.3.4温度影响误差

传感器放入试验箱中，在室温、上限工作温度、下限工作温度下各稳定1h，测试传感器零点输

出、满量程对应浓度的输出，测试值与标准气体浓度误差应符合5.2.4的规定。

6.3.5压力影响误差

传感器装入密封工装，对密封工装内通入传感器满量程对应浓度的标准甲烷气体，分别保持

86kPa、106kPa压力，测试传感器在不同压力下的输出值，测试值与标准气体浓度误差应符合5.2.5

的规定。

6.3.6示值稳定性

传感器放入试验箱中，设置温度20℃±2℃，向传感器通入满量程对应浓度的标准甲烷气体，

保持1min～2min后测试传感器的输出值，保持气体浓度并持续2h，每0.5h测试传感器的输出值，

共测试5个值，测试值与标准浓度的最大偏差应符合5.2.6的规定。

6.3.7响应时间

在标准的试验环境条件下，传感器放入试验箱中，使传感器处于正常工作状态。向传感器通入

6

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流量为500mL/min、满量程对应浓度的标准甲烷气体，保持1min后测试传感器的输出值，记录传感

器的输出值作为基准值。

将传感器置于正常环境中通电5min，以相同流量再次向传感器通入满量程对应浓度的标准甲烷

气体并开始计时，记录传感器显示值从零点变化到基准值90％所需的时间。重复测试3次，取其平

均值即为响应时间，其结果应符合5.2.7的规定。

6.3.8恢复时间

按照6.3.7中试验，记录传感器从基准值恢复到零点输出值（或基准值的5%）所需的时间。重

复测试3次，取其平均值即为恢复时间，其结果应符合5.2.8的规定。

6.3.9分辨率

在标准的试验环境条件下，传感器放入试验箱中，通入0.03%VOL甲烷标准气体，保持1min～

2min后测试传感器的输出值，与零点输出相比，其结果应符合5.2.9的规定。

6.3.10电压波动

按6.3.2的试验，在传感器满量程对应浓度的标准甲烷气体环境下，将传感器的激励电源分别调

至其额定的85%和115%，测试传感器的输出值，与传感器满量程对应浓度输出值相比，其结果应符

合5.2.10的规定。

6.3.11重复性试验

在标准的试验环境条件下，对传感器任意一个浓度下连续进行6次测试，至少采用一种浓度，

计算其误差，误差应满足5.2.11的要求。此误差为采用式（1）计算的相对标准偏差。

1()

=×100%(1)

652

∑𝑖𝑖=1𝐶𝐶𝑖𝑖−𝐶𝐶

𝑥𝑥�

式中：𝑠𝑠

𝐶𝐶

——单次测量的相对标准偏差；

——第次的示值；

𝑠𝑠𝑥𝑥i

——次测量的平均值。

𝐶𝐶𝑖𝑖6

6.4𝐶𝐶环境适应性试验

6.4.1低温（运行）试验

将传感器安装于试验箱中，使其处于正常工作状态。启动通风机，使试验箱内气流速率稳定在

0.8m/s±0.2m/s。以不大于1℃/min的降温速率将传感器所处环境的温度降至-40℃(工业级)或-10℃(民

用级)，保持2h。在低温环境条件下按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法

测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.3.1的规定。

6.4.2高温（运行）试验

将传感器安装于试验箱中，使其处于正常工作状态。启动通风机，使试验箱内气流速率稳定在

0.8m/s±0.2m/s。以不大于1℃/min的升温速率将传感器所处环境的温度升至70℃(工业级)或55℃(民

用级)，保持2h，在高温环境条件下按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法

测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.3.2的规定。

7

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6.4.3恒定湿热（运行）试验

将传感器安装于试验箱中，使其处于正常工作状态。启动通风机，使试验箱内气流速率稳定在

0.8m/s±0.2m/s。以不大于1℃/min的升温速率将传感器所处环境的温度升至40℃±2℃，然后以不

大于5％/min的加湿速率将环境的相对湿度升至93％±3％，保持2h。在湿热环境条件下，按6.3.2

规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果

应符合5.3.3的规定。

6.4.4耐振动性能试验

耐振动性能试验应按以下步骤进行：

a)将传感器固定在振动试验台上；

b)启动振动试验台，使其在10Hz-150Hz频率范围内，以0.5g加速度，1oct/min的速率，分

别在X，Y，Z三个轴线上各扫频10次；

c)试验期间，监视传感器的状态，试验后，检查传感器外观；

d)然后将传感器安装在试验装置上，按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规

定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.3.4的规定。

6.4.5耐跌落性能试验

耐跌落性能试验应按以下步骤进行：

a)将非包装状态的传感器从1m的高度自由跌落到平滑、坚硬的混凝土地上；

b)反复操作5次，试验后，检查传感器外观；

c)然后将传感器安装在检测装置上，按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规

定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.3.5的规定。

6.4.6抗蒸汽干扰性试验

将传感器按附录A的规定进行试验布置并整体放置在试验箱中，保持20min。期间观察并记录

传感器的工作状态。

在蒸汽干扰条件下，按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法测量传感

器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.3.6的规定。

6.4.7静电放电抗扰度试验

将传感器按GB/T17626.2的规定进行试验布置，传感器处于正常工作状态。按GB/T17626.2规

定的试验方法对传感器及耦合板施加符合表3所示条件的静电放电干扰。条件试验结束后，按6.3.2

规定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果

应符合5.3.7的规定。

表3静电放电抗扰度试验参数和条件

试验参数试验条件

空气放电(外壳)

8

放电电压（kV）

接触放电（耦合板）

6

放电间隔≥1s

8

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试验参数试验条件

每点放电次数10

6.4.8射频电磁场辐射抗扰度试验

将传感器按GB/T17626.3的规定进行试验布置，使传感器处于正常工作状态，按GB/T17626.3

规定的试验方法对传感器加符合表4所示条件的射频电磁场辐射干扰。条件试验结束后，按6.3.2规

定的方法测量传感器的零点输出，按6.3.3规定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应

符合5.3.8的规定。

表4射频电磁场辐射抗扰度试验参数和条件

试验参数试验条件

场强（V/m）10

频率范围（MHz）80~1000

扫描速率

小于1.5x10-3

（十倍频程/s）

波形1kHz,正弦波

调幅深度80%

6.5长期稳定性试验

使传感器在正常大气条件下连续工作90天，期间观察并记录传感器的工作状态。

运行结束后，按5.1规定的方法检测传感器的外观，按6.3.2规定的方法测量传感器的零点输出，

按6.3.3规定的方法测量传感器的满量程对应浓度输出，其结果应符合5.4的规定。

6.6防护试验

将传感器按GB/T4208中防护等级的相关规定进行试验，试验期间，传感器不通电。试验后，

查看传感器内部水浸情况，其结果应符合5.5的规定。

6.7防爆试验

工业级传感器按GB3836.1、GB3836.4中ExibIIBT4Gb防爆等级的相关规定进行试验。试验

后，其结果应符合5.6的规定。

民用级传感器按GB15322.2-2019中4.9的相关规定进行试验。试验后，其结果应符合5.6的规

定。

7检验规则

检验分型式检验和出厂检验，检验项目见表5。

表5检验项目

序号检验项目技术要求试验方法出厂检验型式检验

9

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1外观5.16.2○○

2基本误差5.2.16.3.1△○

3零点输出5.2.26.3.2○○

4满量程输出5.2.36.3.3○○

5温度误差5.2.46.3.4△○

6压力误差5.2.56.3.5—○

7示值稳定性5.2.66.3.6△○

8响应时间5.2.76.3.7△○

9恢复时间5.2.86.3.8△○

10分辨率5.2.96.3.9△○

11电压波动5.2.106.3.10—○

12重复性5.2.116.3.11—○

13低温运行5.3.16.4.1○○

14高温运行5.3.26.4.2○○

15恒定湿热运行5.3.36.4.3△○

16耐振动性能5.3.46.4.4△○

17耐跌落性能5.3.56.4.5△○

18抗蒸汽干扰性5.3.66.4.6—○

19静电放电抗扰度5.3.76.4.7—○

20射频电磁场辐射抗扰度5.3.86.4.8—○

21长期稳定性5.46.5—○

22防护性能5.56.6△○

23防爆性能5.66.7—○

注1：其中“○”为检验项目，“—”为不检验项目，“”为抽检项目。

注：防护性能、防爆性能、长期稳定性试验可单独抽样，除防爆性能试验，其余抽样产品完成试验后，需

2△

进行基本误差测试。

7.1型式检验

7.1.1型式检验适用条件

有下列情况之一时，应进行型式检验：

a）新产品鉴定、定型试验或老产品转厂生产时；

b）正式生产后，如结构、材料、工艺有重大改变，可能影响产品性能时；

c）正常生产时，定期或积累一定产量后，应周期性地进行检验，检验周期一般为2年；

d）产品停产1年以上，再次恢复生产时；

e）出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时；

f）同类型产品进行比对时；

g）国家有关机构提出要求时；

h）发生重大质量事故时。

7.1.2型式检验项目

型式检验应符合表2的规定。

10

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7.1.3抽样方案

型式检验从出厂检验合格的产品中随机抽取，抽样基数不小于10台，抽样数量不少于3台。

7.1.4判定规则

型式检验的全部项目均符合规定要求时，判定该型式检验合格。任一样品任一项目不合格，需

改进不合格项目，重新复验，如仍有不合格项目，判定为型式检验不合格。

7.1.5对不合格品的处理

检验结果被判定为型式检验不合格时，按GB/T2829-2002中5.12.3的规定原则进行处理。

7.1.6型式检验后样品的处理

经过型式检验的样品，原则上不允许再作为合格品交付使用。在特殊情况下，在得到使用方认

可后，可以交付使用方，但应注明该产品已进行过型式检验。

7.2出厂检验

每批产品在进入成品库或交货时，按照表3规定进行检验，检验合格并发给合格证后方可出厂。

7.2.1抽样方案

产品出厂检验项目中，检验项目有100%检验与抽样检验。100%检验项目中，有任一项未达到

规定，则判该产品不合格，并予以剔除，100%检验项目的不合格品率应不大于5%或1只（取较大

者）。

抽样项目随机抽取样品检验，按照GB/T2828.1规定，正常检验一次抽样方案进行检验，一般

检验水平取Ⅱ，接收质量限（AQL）为1.5。

7.2.2拒收批

如果一个检验批被拒收，应返修该批产品，并重新提交进