一種火災(zāi)探測器檢測用標準樣品確定方法及其應(yīng)用

劉洪，吳國平，王婷婷

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 201114）

引言

標準樣品在感煙火災(zāi)探測器檢測中具有重要的作用，其可以確定整體試驗環(huán)境的符合性及穩(wěn)定性，對重要的試驗設(shè)備（如測試煙箱）進行調(diào)試和修正。若測試中沒有穩(wěn)定可靠的標準樣品，很容易引起測試環(huán)境的誤差，影響測試準確性。

本文提出了一種科學(xué)有效的標準樣品選取方案。利用環(huán)境加速試驗，考評待測樣品在環(huán)境加速試驗前后的重復(fù)性和均勻性，從而得到性能最穩(wěn)定的樣品。該方案可大大減少選樣周期，評估方法科學(xué)可靠，可為火災(zāi)報警產(chǎn)品檢測實驗室科學(xué)測試提供標準樣。

同時，本文提出了該標準樣品的一種新型應(yīng)用。該樣品可用于對感煙火災(zāi)探測器檢測中用離子煙濃度計[1]的計量工作。當離子煙濃度計[2-4]用于煙箱測試和火災(zāi)靈敏度測試時，測量精確度非常重要，因其影響了整個測量系統(tǒng)的測量精確度。但因離子煙濃度計內(nèi)含輻射源，故其計量比較昂貴復(fù)雜。本文提出一種簡便的判定離子煙濃度計相對準確度的程序，可向相關(guān)實驗室和產(chǎn)品制造商推廣。

1 標準樣品的確定

測試用標準樣品應(yīng)具有時間和空間性能穩(wěn)定性，為此我們設(shè)計了一組實驗流程進行標準樣品的確定。選取一組不同等級的火災(zāi)報警器，按標準程序?qū)ζ溟_展重復(fù)性試驗，方位試驗。測試完成后對其開展環(huán)境加嚴測試，模擬其在儲存或運輸中可能遇到的環(huán)境因素影響，然后重新開展重復(fù)性試驗，方位試驗。選取性能參數(shù)最佳的被測樣品，其時間和空間穩(wěn)定性最佳，可作為標準樣品使用。開展標準樣品選擇流程圖如圖1。

下面以5個已經(jīng)過粗選的離子型火災(zāi)報警器為例，對其開展標準樣品選擇。測試環(huán)境為，大氣溫度： 20.6 ℃，大氣濕度： 45.4 %， 風(fēng)速0.2 m/s。測試條件: 氣溶膠升煙速率0.05 min-1，氣溶膠流量 20 Lmin-1，真空泵流量30 Lmin-1。測試設(shè)備：離子煙濃度計（MIC）: Delta MIC EC-912，煙箱: AWT 2800。

測試樣品n分別記為1#-5#，在加嚴環(huán)境試驗前后分別考察其測試重復(fù)性和樣品穩(wěn)定性，即分別開展重復(fù)性測試和方位性測試。為了消除煙箱內(nèi)空間不均勻性的影響，樣品n和離子煙濃度計s（MIC）的擺放位置和煙霧流動方向垂直。樣品擺放位置如圖2所示。

對1#-5#樣品開展重復(fù)性和方位性測試。重復(fù)性試驗檢測其多次報警時響應(yīng)閾值的一致性。離子型探測器的響應(yīng)閾值為探測器發(fā)出火災(zāi)報警信號時煙濃度y值。在樣品正常工作位置的任意一個方位上測量6次響應(yīng)閾值， 6個 閾值中的最大值和最小值分別為，ymax和ymin，使用響應(yīng)閾值的比值ymax：ymin來評估樣品重復(fù)性的好壞。比值越小，樣品的重復(fù)性越好。各樣品環(huán)境試驗前重復(fù)性測試測試數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，3號樣品重復(fù)性最優(yōu)，5號樣品重復(fù)性最差。

方位試驗檢測樣品在不同方位上的進煙性能，以期找到各方位性能最接近的樣品，以滿足標準樣品空間均勻性的要求。以被測樣品指示燈位置為0度方位，按標準要求測試其響應(yīng)閾值。每測完1次，樣品按同一方向繞其垂直軸線旋轉(zhuǎn)45 °，測試8次。樣品方位標示見圖3。

記錄樣品最大響應(yīng)閾值ymax和最小響應(yīng)閾值ymin對應(yīng)的方位。使用樣品響應(yīng)閾值的比值ymax：ymin來評估樣品方位性的好壞。比值越小，說明樣品在各方位的響應(yīng)閾值差異越小，樣品方位性越好，越適合做標準樣品。各樣品環(huán)境試驗前方位測試數(shù)據(jù)及計算結(jié)果見表2、圖4所示。

圖1 標準樣品選擇流程圖

圖2 樣品擺放位置示意圖

表1 環(huán)境試驗前樣品重復(fù)性測試數(shù)據(jù)

圖3 樣品方位標示示意圖

各樣品方位測試計算結(jié)果見表3所示，從表3可知3#和4#樣品方位性能較好。

環(huán)境試驗實施：對5個待測樣品開展加強環(huán)境測試試驗，主要模擬樣品在儲存和運輸中可能遇到的環(huán)境情況，具體如下：

振動：振動頻率10～55 Hz，振幅0.75 mm，試驗時長6 h；

氣候變化：溫度40 ℃，濕度95 %，試驗時長48 h。

環(huán)境試驗后，對樣品開展重復(fù)性測試和方位測試，樣品重復(fù)性測試結(jié)果見表4，可知環(huán)境試驗后3#樣品重復(fù)性最好，時間穩(wěn)定性最好。

各樣品環(huán)境加嚴試驗后方位測試數(shù)據(jù)見表5和圖5。

方位測試結(jié)果見表6。

表2 環(huán)境試驗前樣品方位測試數(shù)據(jù)

圖4 環(huán)境試驗前樣品方位測試數(shù)據(jù)

表3 環(huán)境試驗前樣品方位測試結(jié)果

表4 環(huán)境試驗后樣品重復(fù)性測試數(shù)據(jù)

表5 環(huán)境試驗后樣品方位測試數(shù)據(jù)

圖5 環(huán)境試驗后樣品方位測試數(shù)據(jù)

分析5個待選樣品的方位測試數(shù)據(jù)可知，3#樣品的空間穩(wěn)定性最好，方位測試數(shù)據(jù)結(jié)果最佳。綜合5個樣品環(huán)境試驗前后樣品的測試數(shù)據(jù)，可知3#樣品時間和空間穩(wěn)定性最好，可選擇3#樣品作為標準樣品。

2 標準樣品的新型應(yīng)用

我們知道標準樣品因性能穩(wěn)定，用處廣泛，可用于對煙箱等基礎(chǔ)環(huán)境的基礎(chǔ)調(diào)試和修正。這里我們將提出其一種新型應(yīng)用方案，其可用于離子煙濃度計的校準應(yīng)用中。

離子煙濃度計利用電離方法連續(xù)地測量煙濃度，是測量感煙火災(zāi)探測報警器報警性能、火災(zāi)靈敏度試驗的關(guān)鍵設(shè)備。是火災(zāi)報警設(shè)備檢測能力的關(guān)鍵設(shè)備。離子煙濃度計的測量準確度是評價火災(zāi)報警產(chǎn)品響應(yīng)閾值和火災(zāi)靈敏度的基準。離子煙濃度計性能指標的不準確將導(dǎo)致不能準確判定被測火災(zāi)報警產(chǎn)品的響應(yīng)閾值和靈敏度，從而不能準確有效區(qū)分火災(zāi)報警產(chǎn)品的誤報警或者延遲報警現(xiàn)象，進而引發(fā)嚴重的安全事故。

離子煙濃度計測量響應(yīng)閾值以無量綱的量y 或X表示，該值來自于離子煙濃度計測量離子腔內(nèi)的電流相對變化。該值和被測環(huán)境下的煙霧濃度有關(guān)。當達到一臨界值時，煙霧報警器報警。

根據(jù)BS EN54-7:2001《火災(zāi)探測器和火災(zāi)報警系統(tǒng)》和其他相關(guān)標準[5-10]，離子煙濃度計由電離室、電流放大器和抽氣系統(tǒng)組成。抽氣系統(tǒng)用于連續(xù)抽取被測環(huán)境中的氣溶膠或煙霧。 通過抽氣泵使含煙粒子的空氣擴散到電離室的“測量體積”中。“測量體積”中的空氣被α射線電離。因此，當兩電極間加上電壓時，便產(chǎn)生電離電流，電離電流受煙粒子作用發(fā)生變化。電離電流的相對變化作為衡量煙濃度的一個尺度。

被測煙霧濃度表示為如下的無量綱的量:

式中：

I0—空氣中無煙粒子時的電離電流；

I—空氣中含煙粒子時的電離電流。

離子煙濃度計準確度的判定一直是國內(nèi)外離子煙濃度計使用者，如檢測單位、火災(zāi)報警器生產(chǎn)單位、消防行業(yè)主管部門、科研機構(gòu)的關(guān)注點。但目前國內(nèi)外針對該項指標的研究較少，基本為空白，導(dǎo)致相關(guān)判定方法缺失，不能有效對在用離子煙濃度計的可靠性與準確性進行評判，從而帶來一定的安全隱患。王婷婷等曾經(jīng)提出一種使用實驗室間比對的方法來判定其準確度并評估了其測試不確定度[11-13]，這里我們提出標準樣品法，用于確定離子煙濃度計的準確性。

將待測離子煙濃度計和穩(wěn)定的離子型火災(zāi)報警器放置于同一標準煙箱，在保證煙箱空間均勻性和穩(wěn)定性、離子型火災(zāi)報警器閾值穩(wěn)定的前提下，將不同離子煙濃度計測試值和火災(zāi)報警器閾值比對，確定待測離子煙濃度計的相對準確度。具體方案圖示見圖6 。根據(jù)GB 4715-2005《點型感煙火災(zāi)探測器》4.1.4中規(guī)定，各項試驗數(shù)據(jù)的容差為±5 %， 我們認為若待測離子煙濃度計與標準樣品之間的數(shù)據(jù)差異小于5 %，則認為待評估離子煙濃度計為可靠的。

表6 環(huán)境試驗后樣品方位測試結(jié)果

圖6 標準樣品法測試示意圖

3 總結(jié)

本文提出了一種科學(xué)有效的標準樣品選取方案。利用環(huán)境加速試驗，考評待測樣品在環(huán)境加速試驗前后的重復(fù)性和均勻性，從而得到性能最穩(wěn)定的樣品。同時，本文提出了該標準樣品的一種新型應(yīng)用。該樣品可用于對感煙火災(zāi)探測器檢測中用離子煙濃度計的計量工作，提出一種簡便的判定離子煙濃度計相對準確度的程序，可向相關(guān)實驗室和產(chǎn)品制造商推廣。