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

        2021-01-13 04:00:48劉洪吳國平王婷婷
        環(huán)境技術(shù) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:重復(fù)性方位閾值

        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。

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