《光離子化總烴傳感器通用規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)解讀

隋曉光++聶麗梅++張宴程++王鐵玲

摘 要：從標(biāo)準(zhǔn)需求、結(jié)構(gòu)、采標(biāo)情況和編制想法等方面介紹了國(guó)軍標(biāo)《光離子化總烴傳感器通用規(guī)范》。并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行深度剖析，最后提出了實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的建議和措施。

關(guān)鍵詞：通用規(guī)范；光離子化；總烴

引言

在現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)中新型材料（其中絕大多數(shù)為石化產(chǎn)品）

的大量應(yīng)用導(dǎo)致武器裝備的密閉環(huán)境中常常存在超標(biāo)準(zhǔn)的易燃、易爆、有毒有害氣體，如果不對(duì)這些氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，會(huì)嚴(yán)重影響工作人員的生存質(zhì)量乃至威脅生命安全。

對(duì)于總烴氣體的檢測(cè)，主要采用光離子化總烴傳感器（以下簡(jiǎn)稱傳感器），隨著我國(guó)武器裝備技術(shù)的不斷發(fā)展提高（例如載人航天器的在軌時(shí)間的增加和潛艇下潛時(shí)間的延長(zhǎng)），對(duì)武器裝備環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求，在重點(diǎn)解決技術(shù)關(guān)鍵的同時(shí)，制定產(chǎn)品的通用規(guī)范，明確產(chǎn)品的性能特性、環(huán)境適應(yīng)性、檢驗(yàn)試驗(yàn)方法以及質(zhì)量保證規(guī)定等，規(guī)范產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、采購(gòu)等過(guò)程同樣重要。

1 標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)框架

本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是按GJB 0.1-2001《軍用標(biāo)準(zhǔn)文件編制工作導(dǎo)則 軍用標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性技術(shù)文件編寫》和GJB 0.2-2001《軍用標(biāo)準(zhǔn)文件編制工作導(dǎo)則 軍用規(guī)范編寫規(guī)定》要求編排。本標(biāo)準(zhǔn)采用由范圍、引用文件、要求、質(zhì)量保證規(guī)定、交貨準(zhǔn)備、說(shuō)明事項(xiàng)6部分組成的格式。

1.2 術(shù)語(yǔ)定義

1.2.1 通則

本標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)和定義主要是依據(jù)GB/T 7665-2005《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》的規(guī)定。對(duì)于GB/T 7665-2005中不包括的術(shù)語(yǔ)在標(biāo)準(zhǔn)的第六章給出了定義。

1.2.2 總烴

GJB 11A-1998《核潛艇艙室空氣組分容許濃度》中規(guī)定的總烴定義為：潛艇艙室中能檢測(cè)到的所有烴類（甲烷除外）的總和，包括芳香烴和脂肪烴。

HJ 604-2011《環(huán)境空氣 總烴的測(cè)定 氣相色譜法》中規(guī)定的總烴定義為：在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，用氫火焰檢測(cè)器所測(cè)得氣態(tài)碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏目偭?，以甲烷?jì)。

HJ/T 38-1999《國(guó)家污染源排氣中非甲烷總烴的測(cè)定 氣相色譜法》中規(guī)定的總烴定義為：指除甲烷以外的碳?xì)浠衔铮ㄆ渲兄饕荂2～C8）的總稱。

本產(chǎn)品主要用途是用于潛艇中總烴氣體濃度的測(cè)量，所以本標(biāo)準(zhǔn)采用GJB 11A-1998的定義。

1.2.3 光離子化

所有的原子均由質(zhì)子、中子和電子組成。質(zhì)子帶正電荷、電子帶負(fù)電荷。正常狀態(tài)的原子帶有相同數(shù)量的質(zhì)子和電子，從而整個(gè)原子的凈電荷為零。增減電子將使原子或由此原子組成的分子離子化。通過(guò)光的使用而產(chǎn)生離子化的過(guò)程稱為光離子化（本規(guī)范采用的定義）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系

本標(biāo)準(zhǔn)在參數(shù)選擇、性能指標(biāo)控制等方面，以常規(guī)、實(shí)用、充分體現(xiàn)產(chǎn)品性能為主。除了列出外形及安裝尺寸、重量、標(biāo)志、外觀以及常規(guī)的參數(shù)等指標(biāo)外，根據(jù)傳感器的自身特點(diǎn)并參照了國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品（主要參照了美國(guó)和英國(guó)的主流產(chǎn)品）的指標(biāo)體系，列出了線性度、靈敏度、重復(fù)性、準(zhǔn)確度、分辨力和響應(yīng)時(shí)間幾個(gè)重要指標(biāo)。

2 標(biāo)準(zhǔn)重要內(nèi)容的說(shuō)明

2.1 性能特性

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)氣體的選擇

經(jīng)過(guò)測(cè)試和調(diào)研，異丁烯是國(guó)內(nèi)外PID檢測(cè)儀中最常使用的相對(duì)校準(zhǔn)氣體，具體原因是異丁烯相對(duì)穩(wěn)定，并且低毒、燃點(diǎn)高、容易獲得，尤其是它的氣瓶?jī)?chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)。所以本標(biāo)準(zhǔn)采用異丁烯作為標(biāo)準(zhǔn)氣體。

2.1.2 工作溫度及貯存溫度

由于光離子化總烴傳感器使用紫外光源作為離子化能量源，所以紫外光源的工作溫度范圍決定了光離子化總烴傳感器的溫度范圍。紫外燈的最佳工作溫度范圍一般在（-20～40）℃，所以本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了-20℃、-10℃、0℃的溫度點(diǎn)，考慮到行業(yè)前景和制訂標(biāo)準(zhǔn)的前瞻性，本標(biāo)準(zhǔn)在紫外光源的工作溫度范圍上根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行了外延。

2.1.3 限幅電壓

規(guī)定限幅電壓的目的是將傳感器輸出限制在一定的幅值，在此幅值范圍內(nèi)，傳感器的輸出隨輸入氣體的濃度的變化而變化，當(dāng)輸入氣體的濃度對(duì)應(yīng)的理論輸出值達(dá)到或者超過(guò)限幅電壓規(guī)定的幅值時(shí)，傳感器的輸出將固定保持為限幅電壓值，不再隨濃度的升高而升高。從而達(dá)到過(guò)壓保護(hù)的目的。

由于光離子化總烴傳感器的自身特點(diǎn)，無(wú)法模擬傳感器輸出負(fù)值，所以下限限幅電壓無(wú)法考核。本標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了上限限幅電壓的測(cè)試方法并且不做強(qiáng)制規(guī)定。

2.1.4 熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏度漂移

由于光離子化總烴傳感器的熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏度漂移與溫度變化不成線性關(guān)系，為了更好的考核傳感器的溫度特性，本規(guī)準(zhǔn)根據(jù)GB/T 18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》的相關(guān)規(guī)定，在工作溫度范圍內(nèi)每20℃劃分一個(gè)區(qū)間。計(jì)算各區(qū)間的熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏度漂移的值，取計(jì)算結(jié)果最大者作為最終結(jié)果。

2.1.5 對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)的說(shuō)明

（1）通則

本標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)框圖參考了JJF 1172-2007《揮發(fā)性有機(jī)化合物光離子化檢測(cè)儀校準(zhǔn)規(guī)范》，見(jiàn)圖1。

（2）校準(zhǔn)擴(kuò)散式光離子化總烴傳感器

直接通過(guò)調(diào)節(jié)氣瓶的閥門，使與傳感器直接相連的流量計(jì)顯示規(guī)定的流量。旁通流量計(jì)是否有流量放空（即旁通流量計(jì)是否有讀數(shù)）不影響整個(gè)系統(tǒng)的平衡。

（3）校準(zhǔn)泵吸式光離子化總烴傳感器

由于泵吸式光離子化總烴傳感器自身帶有采樣泵，采樣泵吸氣的流量是固定的，如果將氣瓶通過(guò)流量計(jì)與傳感器直接相連，氣瓶出氣的流量很難真正與采樣泵的吸氣流量達(dá)到平衡狀態(tài)，無(wú)論氣瓶出氣的流量大于或者是小于采樣泵吸氣的流量，都會(huì)導(dǎo)致管路內(nèi)的壓力變化，從而影響系統(tǒng)平衡。所以在實(shí)際校準(zhǔn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了旁通流量計(jì)管路，在校準(zhǔn)時(shí)調(diào)節(jié)氣瓶出氣的流量大于采樣泵的吸氣流量，多余的流量從旁通流量計(jì)的管路放空，從而保證系統(tǒng)的平衡，適當(dāng)?shù)目刂婆酝髁坑?jì)的流量可以減少校準(zhǔn)過(guò)程中氣體的浪費(fèi)。

2.1.6 計(jì)算方法的選擇

本標(biāo)準(zhǔn)中靜態(tài)校準(zhǔn)特性、滿量程輸出、線性度、靈敏度、重復(fù)性的計(jì)算按照GB/T 18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》進(jìn)行。準(zhǔn)確度的計(jì)算參照了壓力傳感器的計(jì)算方法。

2.1.7 分辨力測(cè)試方法

由于分辨力指標(biāo)所要求的濃度普遍較小，很難配制出兩瓶濃度只相差分辨力要求的濃度的氣瓶，所以在分辨力測(cè)試中不使用通氣的方式來(lái)校準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)采用配氣設(shè)備來(lái)進(jìn)行分辨力測(cè)試，目前常用的配氣設(shè)備有標(biāo)準(zhǔn)氣體配比儀、配氣箱和配氣杯等，由于上述設(shè)備均能滿足測(cè)試需要，所以本標(biāo)準(zhǔn)并未強(qiáng)制規(guī)定必須使用何種配氣設(shè)備。

2.2 環(huán)境適應(yīng)性

2.2.1 通則

傳感器隸屬電子元件類，引用國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的順序應(yīng)首先選用GJB 360B-2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》。由于GJB 360B-2009中缺少溫度試驗(yàn)、傾斜和搖擺試驗(yàn)、顛震試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)條款，為滿足武器裝備的質(zhì)量要求以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況，本標(biāo)準(zhǔn)中溫度試驗(yàn)、傾斜和搖擺試驗(yàn)和霉菌試驗(yàn)都按GJB 150A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，顛震試驗(yàn)在GJB 4-1983《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，電磁兼容試驗(yàn)按GJB 152A-1997《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。在環(huán)境試驗(yàn)中規(guī)定了必做的項(xiàng)目（高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、溫度沖擊、振動(dòng)、沖擊、濕熱、高溫電壽命），對(duì)特殊領(lǐng)域應(yīng)用要求如傾斜和搖擺、顛震、低氣壓、鹽霧、霉菌等等，則不做強(qiáng)制規(guī)定，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇，在本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了“規(guī)定時(shí)”的指標(biāo)。

2.2.2 高溫電壽命與電老練

光離子化總烴傳感器使用紫外光源作為離子化能量源，作為傳感器的核心敏感元件，紫外光源的連續(xù)工作能力決定了傳感器的連續(xù)工作能力，在保證準(zhǔn)確度的前提下，目前紫外光源的最佳連續(xù)工作時(shí)間為不超過(guò)4小時(shí)，所以在本標(biāo)準(zhǔn)中高溫電壽命和電老練采用的是斷續(xù)通電的方式。高溫電壽命試驗(yàn)時(shí)間由傳感器在武器裝備中實(shí)際使用時(shí)間估算得出，在潛艇和載人航天器中一年累計(jì)工作時(shí)間約為200h，本標(biāo)準(zhǔn)選擇240h。電老練的試驗(yàn)時(shí)間也根據(jù)實(shí)際使用時(shí)間作了適當(dāng)?shù)募舨谩?/p>

3 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的措施及建議

3.1 實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)需求選取試驗(yàn)項(xiàng)目

本標(biāo)準(zhǔn)的編制背景是針對(duì)多種的工程型號(hào)的產(chǎn)品，在編制過(guò)程中考慮了多種領(lǐng)域的環(huán)境適應(yīng)性（包括潛艇、導(dǎo)彈、飛行器和載人航天器等），在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域選擇試驗(yàn)項(xiàng)目，盡可能增加效費(fèi)比。

3.2 試驗(yàn)條件應(yīng)合理剪裁

本標(biāo)準(zhǔn)中的大部分測(cè)試方法和條件已應(yīng)用于我單位的多項(xiàng)縱向課題及橫向生產(chǎn)的項(xiàng)目中，配套產(chǎn)品在用戶單位使用情況良好，也證明了本標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法是可行、有效的。本標(biāo)準(zhǔn)中所采用的環(huán)境試驗(yàn)方法和條件都是根據(jù)各大型號(hào)配套工程所提出的試驗(yàn)條件進(jìn)行規(guī)定的，在我所的生產(chǎn)和研制中也進(jìn)行了幾年的驗(yàn)證，方法合理。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)平臺(tái)基本代表了光離子化總烴傳感器國(guó)內(nèi)的主流水平，但是制定標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中考慮到行業(yè)前景和制訂標(biāo)準(zhǔn)的前瞻性，本標(biāo)準(zhǔn)在很多試驗(yàn)條件上進(jìn)行了適當(dāng)外延。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的過(guò)程中研制單位應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際水平和用戶的實(shí)際需求對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行剪裁，以免對(duì)科研生產(chǎn)活動(dòng)造成阻礙。

4 結(jié)束語(yǔ)

本標(biāo)準(zhǔn)的制定完善了我國(guó)的光離子化總烴傳感器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平平臺(tái)，指導(dǎo)軍用光離子化總烴傳感器的研制方和使用方在產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過(guò)程中制訂企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（相關(guān)詳細(xì)規(guī)范），從而使研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、采購(gòu)過(guò)程有據(jù)可依，全面提高了研制和生產(chǎn)的要求和水平。通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將會(huì)提高我國(guó)光離子化總烴傳感器的生產(chǎn)水平，更好地為我國(guó)建設(shè)和重點(diǎn)工程提供可靠的保障，在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益方面也會(huì)有很大的提高。

作者簡(jiǎn)介：隋曉光（1982-），男，哈爾濱人，學(xué)歷：本科，主要研究方向?yàn)閭鞲衅鳂?biāo)準(zhǔn)化研究。