《光離子化總烴傳感器通用規范》標準解讀

隋曉光++聶麗梅++張宴程++王鐵玲

摘 要：從標準需求、結構、采標情況和編制想法等方面介紹了國軍標《光離子化總烴傳感器通用規范》。并對標準的主要技術內容進行深度剖析，最后提出了實施標準的建議和措施。

關鍵詞：通用規范；光離子化；總烴

引言

在現代武器裝備系統中新型材料（其中絕大多數為石化產品）

的大量應用導致武器裝備的密閉環境中常常存在超標準的易燃、易爆、有毒有害氣體，如果不對這些氣體進行監測和控制，會嚴重影響工作人員的生存質量乃至威脅生命安全。

對于總烴氣體的檢測，主要采用光離子化總烴傳感器（以下簡稱傳感器），隨著我國武器裝備技術的不斷發展提高（例如載人航天器的在軌時間的增加和潛艇下潛時間的延長），對武器裝備環境適應性提出了更高的要求，在重點解決技術關鍵的同時，制定產品的通用規范，明確產品的性能特性、環境適應性、檢驗試驗方法以及質量保證規定等，規范產品的研制、生產、試驗、采購等過程同樣重要。

1 標準的結構

1.1 標準的結構框架

本標準結構是按GJB 0.1-2001《軍用標準文件編制工作導則 軍用標準和指導性技術文件編寫》和GJB 0.2-2001《軍用標準文件編制工作導則 軍用規范編寫規定》要求編排。本標準采用由范圍、引用文件、要求、質量保證規定、交貨準備、說明事項6部分組成的格式。

1.2 術語定義

1.2.1 通則

本標準中的術語和定義主要是依據GB/T 7665-2005《傳感器通用術語》的規定。對于GB/T 7665-2005中不包括的術語在標準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》中規定的總烴定義為：潛艇艙室中能檢測到的所有烴類（甲烷除外）的總和，包括芳香烴和脂肪烴。

HJ 604-2011《環境空氣 總烴的測定 氣相色譜法》中規定的總烴定義為：在本標準規定的條件下，用氫火焰檢測器所測得氣態碳氫化合物及其衍生物的總量，以甲烷計。

HJ/T 38-1999《國家污染源排氣中非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》中規定的總烴定義為：指除甲烷以外的碳氫化合物（其中主要是C2～C8）的總稱。

本產品主要用途是用于潛艇中總烴氣體濃度的測量，所以本標準采用GJB 11A-1998的定義。

1.2.3 光離子化

所有的原子均由質子、中子和電子組成。質子帶正電荷、電子帶負電荷。正常狀態的原子帶有相同數量的質子和電子，從而整個原子的凈電荷為零。增減電子將使原子或由此原子組成的分子離子化。通過光的使用而產生離子化的過程稱為光離子化（本規范采用的定義）。

1.3 標準的指標體系

本標準在參數選擇、性能指標控制等方面，以常規、實用、充分體現產品性能為主。除了列出外形及安裝尺寸、重量、標志、外觀以及常規的參數等指標外，根據傳感器的自身特點并參照了國外相關產品（主要參照了美國和英國的主流產品）的指標體系，列出了線性度、靈敏度、重復性、準確度、分辨力和響應時間幾個重要指標。

2 標準重要內容的說明

2.1 性能特性

2.1.1 標準氣體的選擇

經過測試和調研，異丁烯是國內外PID檢測儀中最常使用的相對校準氣體，具體原因是異丁烯相對穩定，并且低毒、燃點高、容易獲得，尤其是它的氣瓶儲存時間較長。所以本標準采用異丁烯作為標準氣體。

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）℃，所以本標準規定了-20℃、-10℃、0℃的溫度點，考慮到行業前景和制訂標準的前瞻性，本標準在紫外光源的工作溫度范圍上根據相關標準的規定進行了外延。

2.1.3 限幅電壓

規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，傳感器的輸出隨輸入氣體的濃度的變化而變化，當輸入氣體的濃度對應的理論輸出值達到或者超過限幅電壓規定的幅值時，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。從而達到過壓保護的目的。

由于光離子化總烴傳感器的自身特點，無法模擬傳感器輸出負值，所以下限限幅電壓無法考核。本標準只規定了上限限幅電壓的測試方法并且不做強制規定。

2.1.4 熱零點漂移和熱靈敏度漂移

由于光離子化總烴傳感器的熱零點漂移和熱靈敏度漂移與溫度變化不成線性關系，為了更好的考核傳感器的溫度特性，本規準根據GB/T 18459-2001《傳感器主要靜態性能指標計算方法》的相關規定，在工作溫度范圍內每20℃劃分一個區間。計算各區間的熱零點漂移和熱靈敏度漂移的值，取計算結果最大者作為最終結果。

2.1.5 對校準系統的說明

（1）通則

本標準的校準框圖參考了JJF 1172-2007《揮發性有機化合物光離子化檢測儀校準規范》，見圖1。

（2）校準擴散式光離子化總烴傳感器

直接通過調節氣瓶的閥門，使與傳感器直接相連的流量計顯示規定的流量。旁通流量計是否有流量放空（即旁通流量計是否有讀數）不影響整個系統的平衡。

（3）校準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，如果將氣瓶通過流量計與傳感器直接相連，氣瓶出氣的流量很難真正與采樣泵的吸氣流量達到平衡狀態，無論氣瓶出氣的流量大于或者是小于采樣泵吸氣的流量，都會導致管路內的壓力變化，從而影響系統平衡。所以在實際校準過程中，設計了旁通流量計管路，在校準時調節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的管路放空，從而保證系統的平衡，適當的控制旁通流量計的流量可以減少校準過程中氣體的浪費。

2.1.6 計算方法的選擇

本標準中靜態校準特性、滿量程輸出、線性度、靈敏度、重復性的計算按照GB/T 18459-2001《傳感器主要靜態性能指標計算方法》進行。準確度的計算參照了壓力傳感器的計算方法。

2.1.7 分辨力測試方法

由于分辨力指標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，所以在分辨力測試中不使用通氣的方式來校準。

本標準采用配氣設備來進行分辨力測試，目前常用的配氣設備有標準氣體配比儀、配氣箱和配氣杯等，由于上述設備均能滿足測試需要，所以本標準并未強制規定必須使用何種配氣設備。

2.2 環境適應性

2.2.1 通則

傳感器隸屬電子元件類，引用國家軍用標準的順序應首先選用GJB 360B-2009《電子及電氣元件試驗方法》。由于GJB 360B-2009中缺少溫度試驗、傾斜和搖擺試驗、顛震試驗、霉菌試驗和電磁兼容試驗條款，為滿足武器裝備的質量要求以及根據實際應用的情況，本標準中溫度試驗、傾斜和搖擺試驗和霉菌試驗都按GJB 150A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法》相關規定執行，顛震試驗在GJB 4-1983《艦船電子設備環境試驗》相關規定執行，電磁兼容試驗按GJB 152A-1997《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量》相關規定執行。在環境試驗中規定了必做的項目（高溫試驗、低溫試驗、溫度沖擊、振動、沖擊、濕熱、高溫電壽命），對特殊領域應用要求如傾斜和搖擺、顛震、低氣壓、鹽霧、霉菌等等，則不做強制規定，可根據實際應用選擇，在本標準中規定了“規定時”的指標。

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，紫外光源的連續工作能力決定了傳感器的連續工作能力，在保證準確度的前提下，目前紫外光源的最佳連續工作時間為不超過4小時，所以在本標準中高溫電壽命和電老練采用的是斷續通電的方式。高溫電壽命試驗時間由傳感器在武器裝備中實際使用時間估算得出，在潛艇和載人航天器中一年累計工作時間約為200h，本標準選擇240h。電老練的試驗時間也根據實際使用時間作了適當的剪裁。

3 實施標準的措施及建議

3.1 實施本標準時應根據需求選取試驗項目

本標準的編制背景是針對多種的工程型號的產品，在編制過程中考慮了多種領域的環境適應性（包括潛艇、導彈、飛行器和載人航天器等），在實施過程中應根據產品實際的應用領域選擇試驗項目，盡可能增加效費比。

3.2 試驗條件應合理剪裁

本標準中的大部分測試方法和條件已應用于我單位的多項縱向課題及橫向生產的項目中，配套產品在用戶單位使用情況良好，也證明了本標準中的測試方法是可行、有效的。本標準中所采用的環境試驗方法和條件都是根據各大型號配套工程所提出的試驗條件進行規定的，在我所的生產和研制中也進行了幾年的驗證，方法合理。本標準規定的技術平臺基本代表了光離子化總烴傳感器國內的主流水平，但是制定標準的過程中考慮到行業前景和制訂標準的前瞻性，本標準在很多試驗條件上進行了適當外延。在標準實施的過程中研制單位應根據產品的實際水平和用戶的實際需求對試驗條件進行剪裁，以免對科研生產活動造成阻礙。

4 結束語

本標準的制定完善了我國的光離子化總烴傳感器的標準技術水平平臺，指導軍用光離子化總烴傳感器的研制方和使用方在產品生產和使用過程中制訂企業標準（相關詳細規范），從而使研制、生產、試驗、采購過程有據可依，全面提高了研制和生產的要求和水平。通過本標準的實施將會提高我國光離子化總烴傳感器的生產水平，更好地為我國建設和重點工程提供可靠的保障，在社會和經濟效益方面也會有很大的提高。

作者簡介：隋曉光（1982-），男，哈爾濱人，學歷：本科，主要研究方向為傳感器標準化研究。