一種火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)樣品確定方法及其應(yīng)用

劉洪，吳國(guó)平，王婷婷

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

引言

標(biāo)準(zhǔn)樣品在感煙火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)中具有重要的作用，其可以確定整體試驗(yàn)環(huán)境的符合性及穩(wěn)定性，對(duì)重要的試驗(yàn)設(shè)備（如測(cè)試煙箱）進(jìn)行調(diào)試和修正。若測(cè)試中沒有穩(wěn)定可靠的標(biāo)準(zhǔn)樣品，很容易引起測(cè)試環(huán)境的誤差，影響測(cè)試準(zhǔn)確性。

本文提出了一種科學(xué)有效的標(biāo)準(zhǔn)樣品選取方案。利用環(huán)境加速試驗(yàn)，考評(píng)待測(cè)樣品在環(huán)境加速試驗(yàn)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(píng)估方法科學(xué)可靠，可為火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)測(cè)試提供標(biāo)準(zhǔn)樣。

同時(shí)，本文提出了該標(biāo)準(zhǔn)樣品的一種新型應(yīng)用。該樣品可用于對(duì)感煙火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)中用離子煙濃度計(jì)[1]的計(jì)量工作。當(dāng)離子煙濃度計(jì)[2-4]用于煙箱測(cè)試和火災(zāi)靈敏度測(cè)試時(shí)，測(cè)量精確度非常重要，因其影響了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精確度。但因離子煙濃度計(jì)內(nèi)含輻射源，故其計(jì)量比較昂貴復(fù)雜。本文提出一種簡(jiǎn)便的判定離子煙濃度計(jì)相對(duì)準(zhǔn)確度的程序，可向相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)品制造商推廣。

1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的確定

測(cè)試用標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)具有時(shí)間和空間性能穩(wěn)定性，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的確定。選取一組不同等級(jí)的火災(zāi)報(bào)警器，按標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)ζ溟_展重復(fù)性試驗(yàn)，方位試驗(yàn)。測(cè)試完成后對(duì)其開展環(huán)境加嚴(yán)測(cè)試，模擬其在儲(chǔ)存或運(yùn)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(yàn)，方位試驗(yàn)。選取性能參數(shù)最佳的被測(cè)樣品，其時(shí)間和空間穩(wěn)定性最佳，可作為標(biāo)準(zhǔn)樣品使用。開展標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇流程圖如圖1。

下面以5個(gè)已經(jīng)過(guò)粗選的離子型火災(zāi)報(bào)警器為例，對(duì)其開展標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇。測(cè)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(cè)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(cè)試設(shè)備：離子煙濃度計(jì)（MIC）: Delta MIC EC-912，煙箱: AWT 2800。

測(cè)試樣品n分別記為1#-5#，在加嚴(yán)環(huán)境試驗(yàn)前后分別考察其測(cè)試重復(fù)性和樣品穩(wěn)定性，即分別開展重復(fù)性測(cè)試和方位性測(cè)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(jì)s（MIC）的擺放位置和煙霧流動(dòng)方向垂直。樣品擺放位置如圖2所示。

對(duì)1#-5#樣品開展重復(fù)性和方位性測(cè)試。重復(fù)性試驗(yàn)檢測(cè)其多次報(bào)警時(shí)響應(yīng)閾值的一致性。離子型探測(cè)器的響應(yīng)閾值為探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)時(shí)煙濃度y值。在樣品正常工作位置的任意一個(gè)方位上測(cè)量6次響應(yīng)閾值， 6個(gè) 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(lái)評(píng)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(yàn)前重復(fù)性測(cè)試測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

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

方位試驗(yàn)檢測(cè)樣品在不同方位上的進(jìn)煙性能，以期找到各方位性能最接近的樣品，以滿足標(biāo)準(zhǔn)樣品空間均勻性的要求。以被測(cè)樣品指示燈位置為0度方位，按標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試其響應(yīng)閾值。每測(cè)完1次，樣品按同一方向繞其垂直軸線旋轉(zhuǎn)45 °，測(cè)試8次。樣品方位標(biāo)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(duì)應(yīng)的方位。使用樣品響應(yīng)閾值的比值ymax：ymin來(lái)評(píng)估樣品方位性的好壞。比值越小，說(shuō)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(biāo)準(zhǔn)樣品。各樣品環(huán)境試驗(yàn)前方位測(cè)試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表2、圖4所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)前樣品重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3 樣品方位標(biāo)示示意圖

各樣品方位測(cè)試計(jì)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(yàn)實(shí)施：對(duì)5個(gè)待測(cè)樣品開展加強(qiáng)環(huán)境測(cè)試試驗(yàn)，主要模擬樣品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸中可能遇到的環(huán)境情況，具體如下：

振動(dòng)：振動(dòng)頻率10～55 Hz，振幅0.75 mm，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)6 h；

氣候變化：溫度40 ℃，濕度95 %，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)48 h。

環(huán)境試驗(yàn)后，對(duì)樣品開展重復(fù)性測(cè)試和方位測(cè)試，樣品重復(fù)性測(cè)試結(jié)果見表4，可知環(huán)境試驗(yàn)后3#樣品重復(fù)性最好，時(shí)間穩(wěn)定性最好。

各樣品環(huán)境加嚴(yán)試驗(yàn)后方位測(cè)試數(shù)據(jù)見表5和圖5。

方位測(cè)試結(jié)果見表6。

表2 環(huán)境試驗(yàn)前樣品方位測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4 環(huán)境試驗(yàn)前樣品方位測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 環(huán)境試驗(yàn)前樣品方位測(cè)試結(jié)果

表4 環(huán)境試驗(yàn)后樣品重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)

表5 環(huán)境試驗(yàn)后樣品方位測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5 環(huán)境試驗(yàn)后樣品方位測(cè)試數(shù)據(jù)

分析5個(gè)待選樣品的方位測(cè)試數(shù)據(jù)可知，3#樣品的空間穩(wěn)定性最好，方位測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果最佳。綜合5個(gè)樣品環(huán)境試驗(yàn)前后樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)，可知3#樣品時(shí)間和空間穩(wěn)定性最好，可選擇3#樣品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。

2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的新型應(yīng)用

我們知道標(biāo)準(zhǔn)樣品因性能穩(wěn)定，用處廣泛，可用于對(duì)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(jì)的校準(zhǔn)應(yīng)用中。

離子煙濃度計(jì)利用電離方法連續(xù)地測(cè)量煙濃度，是測(cè)量感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器報(bào)警性能、火災(zāi)靈敏度試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備。是火災(zāi)報(bào)警設(shè)備檢測(cè)能力的關(guān)鍵設(shè)備。離子煙濃度計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度是評(píng)價(jià)火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品響應(yīng)閾值和火災(zāi)靈敏度的基準(zhǔn)。離子煙濃度計(jì)性能指標(biāo)的不準(zhǔn)確將導(dǎo)致不能準(zhǔn)確判定被測(cè)火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的響應(yīng)閾值和靈敏度，從而不能準(zhǔn)確有效區(qū)分火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的誤報(bào)警或者延遲報(bào)警現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

離子煙濃度計(jì)測(cè)量響應(yīng)閾值以無(wú)量綱的量y 或X表示，該值來(lái)自于離子煙濃度計(jì)測(cè)量離子腔內(nèi)的電流相對(duì)變化。該值和被測(cè)環(huán)境下的煙霧濃度有關(guān)。當(dāng)達(dá)到一臨界值時(shí)，煙霧報(bào)警器報(bào)警。

根據(jù)BS EN54-7:2001《火災(zāi)探測(cè)器和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)》和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5-10]，離子煙濃度計(jì)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(cè)環(huán)境中的氣溶膠或煙霧。 通過(guò)抽氣泵使含煙粒子的空氣擴(kuò)散到電離室的“測(cè)量體積”中。“測(cè)量體積”中的空氣被α射線電離。因此，當(dāng)兩電極間加上電壓時(shí)，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(duì)變化作為衡量煙濃度的一個(gè)尺度。

被測(cè)煙霧濃度表示為如下的無(wú)量綱的量:

式中：

I0—空氣中無(wú)煙粒子時(shí)的電離電流；

I—空氣中含煙粒子時(shí)的電離電流。

離子煙濃度計(jì)準(zhǔn)確度的判定一直是國(guó)內(nèi)外離子煙濃度計(jì)使用者，如檢測(cè)單位、火災(zāi)報(bào)警器生產(chǎn)單位、消防行業(yè)主管部門、科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)。但目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)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(duì)在用離子煙濃度計(jì)的可靠性與準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)判，從而帶來(lái)一定的安全隱患。王婷婷等曾經(jīng)提出一種使用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)的方法來(lái)判定其準(zhǔn)確度并評(píng)估了其測(cè)試不確定度[11-13]，這里我們提出標(biāo)準(zhǔn)樣品法，用于確定離子煙濃度計(jì)的準(zhǔn)確性。

將待測(cè)離子煙濃度計(jì)和穩(wěn)定的離子型火災(zāi)報(bào)警器放置于同一標(biāo)準(zhǔn)煙箱，在保證煙箱空間均勻性和穩(wěn)定性、離子型火災(zāi)報(bào)警器閾值穩(wěn)定的前提下，將不同離子煙濃度計(jì)測(cè)試值和火災(zāi)報(bào)警器閾值比對(duì)，確定待測(cè)離子煙濃度計(jì)的相對(duì)準(zhǔn)確度。具體方案圖示見圖6 。根據(jù)GB 4715-2005《點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器》4.1.4中規(guī)定，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的容差為±5 %， 我們認(rèn)為若待測(cè)離子煙濃度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的數(shù)據(jù)差異小于5 %，則認(rèn)為待評(píng)估離子煙濃度計(jì)為可靠的。

表6 環(huán)境試驗(yàn)后樣品方位測(cè)試結(jié)果

圖6 標(biāo)準(zhǔn)樣品法測(cè)試示意圖

3 總結(jié)

本文提出了一種科學(xué)有效的標(biāo)準(zhǔn)樣品選取方案。利用環(huán)境加速試驗(yàn)，考評(píng)待測(cè)樣品在環(huán)境加速試驗(yàn)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(shí)，本文提出了該標(biāo)準(zhǔn)樣品的一種新型應(yīng)用。該樣品可用于對(duì)感煙火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)中用離子煙濃度計(jì)的計(jì)量工作，提出一種簡(jiǎn)便的判定離子煙濃度計(jì)相對(duì)準(zhǔn)確度的程序，可向相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)品制造商推廣。