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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)樣品，很容易引起測試環(huán)境的誤差，影響測試準(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，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(biāo)準(zhǔn)樣。

同時，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(dāng)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(zhǔn)確度的程序，可向相關(guān)實驗室和產(chǎn)品制造商推廣。

1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的確定

測試用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)樣品的確定。選取一組不同等級的火災(zāi)報警器，按標(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(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個已經(jīng)過粗選的離子型火災(zāi)報警器為例，對其開展標(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(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(biāo)準(zhǔn)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(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)境試驗前樣品重復(fù)性測試數(shù)據(jù)

圖3 樣品方位標(biāo)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(yán)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(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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)。離子煙濃度計性能指標(biāo)的不準(zhǔn)確將導(dǎo)致不能準(zhǔn)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(zhǔn)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(yán)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)[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(dāng)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(zhǔn)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(biāo)的研究較少，基本為空白，導(dǎo)致相關(guān)判定方法缺失，不能有效對在用離子煙濃度計的可靠性與準(zhǔn)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(zhǔn)確度并評估了其測試不確定度[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的準(zhǔn)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(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(zhǔn)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(rèn)為若待測離子煙濃度計與標(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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確度的程序，可向相關(guān)實驗室和產(chǎn)品制造商推廣。