一种火灾探测器检测用标准样品确定方法及其应用

刘洪，吴国平，王婷婷

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

引言

标准样品在感烟火灾探测器检测中具有重要的作用，其可以确定整体试验环境的符合性及稳定性，对重要的试验设备（如测试烟箱）进行调试和修正。若测试中没有稳定可靠的标准样品，很容易引起测试环境的误差，影响测试准确性。

本文提出了一种科学有效的标准样品选取方案。利用环境加速试验，考评待测样品在环境加速试验前后的重复性和均匀性，从而得到性能最稳定的样品。该方案可大大减少选样周期，评估方法科学可靠，可为火灾报警产品检测实验室科学测试提供标准样。

同时，本文提出了该标准样品的一种新型应用。该样品可用于对感烟火灾探测器检测中用离子烟浓度计[1]的计量工作。当离子烟浓度计[2-4]用于烟箱测试和火灾灵敏度测试时，测量精确度非常重要，因其影响了整个测量系统的测量精确度。但因离子烟浓度计内含辐射源，故其计量比较昂贵复杂。本文提出一种简便的判定离子烟浓度计相对准确度的程序，可向相关实验室和产品制造商推广。

1 标准样品的确定

测试用标准样品应具有时间和空间性能稳定性，为此我们设计了一组实验流程进行标准样品的确定。选取一组不同等级的火灾报警器，按标准程序对其开展重复性试验，方位试验。测试完成后对其开展环境加严测试，模拟其在储存或运输中可能遇到的环境因素影响，然后重新开展重复性试验，方位试验。选取性能参数最佳的被测样品，其时间和空间稳定性最佳，可作为标准样品使用。开展标准样品选择流程图如图1。

下面以5个已经过粗选的离子型火灾报警器为例，对其开展标准样品选择。测试环境为，大气温度： 20.6 ℃，大气湿度： 45.4 %， 风速0.2 m/s。测试条件: 气溶胶升烟速率0.05 min-1，气溶胶流量 20 Lmin-1，真空泵流量30 Lmin-1。测试设备：离子烟浓度计（MIC）: Delta MIC EC-912，烟箱: AWT 2800。

测试样品n分别记为1#-5#，在加严环境试验前后分别考察其测试重复性和样品稳定性，即分别开展重复性测试和方位性测试。为了消除烟箱内空间不均匀性的影响，样品n和离子烟浓度计s（MIC）的摆放位置和烟雾流动方向垂直。样品摆放位置如图2所示。

对1#-5#样品开展重复性和方位性测试。重复性试验检测其多次报警时响应阈值的一致性。离子型探测器的响应阈值为探测器发出火灾报警信号时烟浓度y值。在样品正常工作位置的任意一个方位上测量6次响应阈值， 6个 阈值中的最大值和最小值分别为，ymax和ymin，使用响应阈值的比值ymax：ymin来评估样品重复性的好坏。比值越小，样品的重复性越好。各样品环境试验前重复性测试测试数据如表1所示。

从表1可知，3号样品重复性最优，5号样品重复性最差。

方位试验检测样品在不同方位上的进烟性能，以期找到各方位性能最接近的样品，以满足标准样品空间均匀性的要求。以被测样品指示灯位置为0度方位，按标准要求测试其响应阈值。每测完1次，样品按同一方向绕其垂直轴线旋转45 °，测试8次。样品方位标示见图3。

记录样品最大响应阈值ymax和最小响应阈值ymin对应的方位。使用样品响应阈值的比值ymax：ymin来评估样品方位性的好坏。比值越小，说明样品在各方位的响应阈值差异越小，样品方位性越好，越适合做标准样品。各样品环境试验前方位测试数据及计算结果见表2、图4所示。

图1 标准样品选择流程图

图2 样品摆放位置示意图

表1 环境试验前样品重复性测试数据

图3 样品方位标示示意图

各样品方位测试计算结果见表3所示，从表3可知3#和4#样品方位性能较好。

环境试验实施：对5个待测样品开展加强环境测试试验，主要模拟样品在储存和运输中可能遇到的环境情况，具体如下：

振动：振动频率10～55 Hz，振幅0.75 mm，试验时长6 h；

气候变化：温度40 ℃，湿度95 %，试验时长48 h。

环境试验后，对样品开展重复性测试和方位测试，样品重复性测试结果见表4，可知环境试验后3#样品重复性最好，时间稳定性最好。

各样品环境加严试验后方位测试数据见表5和图5。

方位测试结果见表6。

表2 环境试验前样品方位测试数据

图4 环境试验前样品方位测试数据

表3 环境试验前样品方位测试结果

表4 环境试验后样品重复性测试数据

表5 环境试验后样品方位测试数据

图5 环境试验后样品方位测试数据

分析5个待选样品的方位测试数据可知，3#样品的空间稳定性最好，方位测试数据结果最佳。综合5个样品环境试验前后样品的测试数据，可知3#样品时间和空间稳定性最好，可选择3#样品作为标准样品。

2 标准样品的新型应用

我们知道标准样品因性能稳定，用处广泛，可用于对烟箱等基础环境的基础调试和修正。这里我们将提出其一种新型应用方案，其可用于离子烟浓度计的校准应用中。

离子烟浓度计利用电离方法连续地测量烟浓度，是测量感烟火灾探测报警器报警性能、火灾灵敏度试验的关键设备。是火灾报警设备检测能力的关键设备。离子烟浓度计的测量准确度是评价火灾报警产品响应阈值和火灾灵敏度的基准。离子烟浓度计性能指标的不准确将导致不能准确判定被测火灾报警产品的响应阈值和灵敏度，从而不能准确有效区分火灾报警产品的误报警或者延迟报警现象，进而引发严重的安全事故。

离子烟浓度计测量响应阈值以无量纲的量y 或X表示，该值来自于离子烟浓度计测量离子腔内的电流相对变化。该值和被测环境下的烟雾浓度有关。当达到一临界值时，烟雾报警器报警。

根据BS EN54-7:2001《火灾探测器和火灾报警系统》和其他相关标准[5-10]，离子烟浓度计由电离室、电流放大器和抽气系统组成。抽气系统用于连续抽取被测环境中的气溶胶或烟雾。 通过抽气泵使含烟粒子的空气扩散到电离室的“测量体积”中。“测量体积”中的空气被α射线电离。因此，当两电极间加上电压时，便产生电离电流，电离电流受烟粒子作用发生变化。电离电流的相对变化作为衡量烟浓度的一个尺度。

被测烟雾浓度表示为如下的无量纲的量:

式中：

I0—空气中无烟粒子时的电离电流；

I—空气中含烟粒子时的电离电流。

离子烟浓度计准确度的判定一直是国内外离子烟浓度计使用者，如检测单位、火灾报警器生产单位、消防行业主管部门、科研机构的关注点。但目前国内外针对该项指标的研究较少，基本为空白，导致相关判定方法缺失，不能有效对在用离子烟浓度计的可靠性与准确性进行评判，从而带来一定的安全隐患。王婷婷等曾经提出一种使用实验室间比对的方法来判定其准确度并评估了其测试不确定度[11-13]，这里我们提出标准样品法，用于确定离子烟浓度计的准确性。

将待测离子烟浓度计和稳定的离子型火灾报警器放置于同一标准烟箱，在保证烟箱空间均匀性和稳定性、离子型火灾报警器阈值稳定的前提下，将不同离子烟浓度计测试值和火灾报警器阈值比对，确定待测离子烟浓度计的相对准确度。具体方案图示见图6 。根据GB 4715-2005《点型感烟火灾探测器》4.1.4中规定，各项试验数据的容差为±5 %， 我们认为若待测离子烟浓度计与标准样品之间的数据差异小于5 %，则认为待评估离子烟浓度计为可靠的。

表6 环境试验后样品方位测试结果

图6 标准样品法测试示意图

3 总结

本文提出了一种科学有效的标准样品选取方案。利用环境加速试验，考评待测样品在环境加速试验前后的重复性和均匀性，从而得到性能最稳定的样品。同时，本文提出了该标准样品的一种新型应用。该样品可用于对感烟火灾探测器检测中用离子烟浓度计的计量工作，提出一种简便的判定离子烟浓度计相对准确度的程序，可向相关实验室和产品制造商推广。