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浅谈呼出气体酒精含量检测仪检定装置

来源:福建省计量科学研究院 作者:蔡晓燕 发布时间:2021-03-15 浏览数:2739

摘要:呼出气体酒精含量检测仪检定装置是用来检定呼出气体酒精含量检测仪的标准器,该装置的性能直接影响呼出气体酒精含量检测仪的准确性,本文就几种常见的呼出气体酒精含量检测仪检定装置进行介绍。

关键词:气体酒精;检定装置;酒检仪

0 引言

呼出气体酒精含量检测仪(以下简称酒检仪)用于检测人体呼出气体中的酒精含量。酒检仪由气路、控制电路、酒精传感器、呼气检测系统、采样系统及显示打印系统等部件组成。依据测量原理酒检仪可分为电池型(即电化学型)、半导体型和红外型等[1]。目前市场上使用的大部分是电池型(即电化学型)。

酒检仪是公安交通管理部门用来现场判断驾车司机是否酒后驾车的主要检测设备,是现场执法的唯一凭证,所以保障酒检仪的准确性是至关重要的。[6] 酒检仪是通过酒检仪检定装置的检定来保证其量值传递的统一性,确保了公安交管系统执法的准确性和公正性。所以如何选择酒检仪检定装置也是至关重要的。目前,我国计量部门检定酒检仪的检定装置有MF-3B 液态有机气体配气装置及其改进装置、空气中乙醇气体标准物质、我院与台湾工研院合作研发的BASIM 呼出气体酒精含量探测器检定装置和AlcoCal D1 呼出气体酒精含量检测仪检定装置,以下浅谈这四种检定装置的性能。

1 工作原理和主要技术参数

1.1 MF-3B 液态有机气体配气装置

MF-3B 液态有机气体配气装置的原理是向定量的气流中注入已知体积的纯液态有机溶剂,经过内部加热到达设定的105℃和依据流量及需要配置的浓度算出时间,使液态有机溶剂充分汽化,且充分混合稀释气体后,配制出设定好的浓度,充入储气袋,工作原理如图1 所示。该装置是由主要标准器、气泵、气袋和微量进样器等设备组成。

《湛江标准与质量》2021年第1期(总第16期)5排(0223).jpg

图1 MF-3B 液态有机气体配气装置工作原理

1.2 空气中乙醇气体标准物质

空气中乙醇气体标准物质是依据GB/T5274. 1-2018《气体分析校准用混合气体的制备 第1 部分:称量法制备一级混合气体》研制,用气瓶进行包装, 用于模拟的人体呼出气体。气体标准物质的制备采用称量法,如制备50μmol·mol-1 空气中乙醇气体标准物质,向10L 气瓶中注入纯度大于99.9% 无水乙醇的质量为0.09493g,充入高纯氮的质量为902.01g,充入高纯氧的质量为273.89g,分别称量组分转移前后气瓶的质量,由称量之差值确定加入气瓶中组分气体(液体)的质量,根据各组分质量及摩尔质量,最终计算出各组分的浓度。用比较法定值或者质量法定值[4]。

1.3 BASIM 呼出气体酒精含量探测器检定装置

BASIM 呼出气体酒精含量探测器检定装置的工作原理是采用饱和蒸汽法+ 毛细管+ 稀释+内建实时在线传感器反馈控制法产生标准酒精气体。该装置由气体产生装置、气体控制装置和模拟呼气装置三部分组成。气体产生装置由零级空气产生系统和恒温酒精产生系统组成,气体控制装置由流量控制组件、温度压力气体感测控制组件、红外线呼气酒精分析仪、PLC 数据采集控制组件及计算机等部件组成。

1.4 AlcoCal D1 呼出气体酒精含量检测仪检定装置

AlcoCal D1 检定装置由三部分组成:显示及控制器、恒温柜、钢瓶。该装置的原理是通过流量控制器、整体恒温设计、精密大气压力计和差压计对钢瓶气体(国家标物中心乙醇气体的有证标准物质)进行流量、温度和压力的控制。

2 检定装置的优缺点

2.1 MF-3B 液态有机气体配气装置

MF-3B 液态有机气体配气装置优点是自动计时采样和显示温度,并配置多种浓度的气体,操作方便。缺点如下:(1)在配置过程中,由于操作人员引起的误差、微量进样器本身存在的误差、阀门的吸附作用等影响最终配气的准确性;(2)在配气时,把配制好的标准气体储存在气袋里,气袋有较强的吸附力,最终用来检定的标气浓度会出现一定的偏差[7];(3)在检定时,手动挤压气袋无法控制气体压力和流量,且气袋在储存时易受环境温度的影响,无法对气袋进行温度的控制,故与人体实际呼气的情况存在一定差异,影响检定结果的准确性。

2.2 空气中乙醇气体标准物质

空气中乙醇气体标准物质是储存在气瓶里,该方法的优点:(1)气体存储操作方便,检定效率较高;(2)易于携带,便于市场推广,有针对性地满足酒检仪的检定校准及出厂检测等需求。缺点如下:(1)乙醇气体本身的饱和蒸汽压极容易液化,特别是浓度越高、压力越大的乙醇标气,若高压气瓶内的部分乙醇气体液化,会导致最终从气瓶流出的标准气体浓度偏低, 为防止乙醇标气液化,在运输过程、贮存和使用对环境温度都有一定的要求;(2)乙醇标气配制成本高,属于危险化学品,长途运输很不方便,运输费用高和耗时长;(3)不好控制乙醇气体气瓶的温度,所以与人体呼气特性存在一定的差异,影响检定结果的准确性。

2.3 BASIM 呼出气体酒精含量探测器检定装置

BASIM 呼出气体酒精含量探测器检定装置的优点:(1)配置高精度压力、流量和温度传感器,使该装置提供气体时,可以实时监测并记录压力、温度和供气流量;(2)内建实时在线酒精红外分析仪,可以实时通过温度、压力和供气流量等讯号监测并反馈,通过一级空气中乙醇气体标准物质对酒精红外分析仪进行标定,实现呼气酒精浓度的溯源;(3)内建精密机械肺式唧筒与呼气行程控制器,可以模拟定流量呼气和人体呼气两种呼气特性。缺点是该装置内部使用的大部分主要零部件来自国外,售后维修成本高、维修时间长等。

2.4 AlcoCal D1 呼出气体酒精含量检测仪检定装置

AlcoCal D1 呼出气体酒精含量检测仪检定装置的优点:(1)整体恒温设计,保证出口处温度全过程均恒定到34℃;(2) 内置4 个高精度流量控制器,独立气路设计,每路使用一个流量控制器,使用时不用清洗管路且两次吹气之间不用等待;(3)操作方便,不同按键对应不同浓度、压力和流量,使用时可按照要求直接选择使用;(4)符合即将发布的新规程和型式评价的要求。缺点是该装置的气体发生源是钢瓶气体,配制成本高,运输费用高和耗时长。

3 应用现状及远景需求

目前,我国计量部门检定酒检仪是依据JJG657-2006《呼出气体酒精含量探测器》检定规程,该规程后续检定的检定项目有酒检仪的外观、标识和附件、通电检查、示值误差、重复性、记忆效应[2]。以上四种酒检仪检定装置都满足规程检定要求。微量进样器、气袋等操作细节和检定时标气的流量、压力控制,都会影响检定结果的准确性。修改版送审稿的JJG 657-20XX《呼出气体酒精含量检测仪》检定规程,该规程的示值误差、重复性、记忆残留效应对通入的酒精标准气体有流量的要求,[1] 做酒检仪型式评价的试验,需要依据《呼出气体酒精含量检测仪型式评价大纲》,根据大纲中计量要求[3] 的型式评价项目。根据上文对四种检定装置性能的分析,MF-3B 液态有机气体配气装置无法满足即将发布规程的检定要求。

4 结束语

本文对目前市场上常用的四种酒检仪检定装置的工作原理、优缺点和应用现状及远景需求的总结和分析,希望对同行在酒检仪的检定工作及在购置酒检仪的检定装置能有所帮助。(来源:计量与测试技术2020 年第47 卷第2 期)

参考文献

[1]JJG 657 - 20XX《呼出气体酒精含量检测仪》 [S](审查部审查后定稿).

[2]JIG 657 - 2006《呼出气体酒精含量探测器》 [S].

[3]JJF XXXX -20 XX《呼出气体酒精含量检测仪型式评价大纲[S]( 修改版送审稿).

[4] GB/T 5274.1 -2018《气体分析校准用混合气体的制备第1 部分:称量法制备一级混合气体》 [S].

[5] GB/T 21254 - 2017《呼出气体酒精含量检测仪》 [S].

[6] 蔡晓燕. 呼出气体酒精含量探测器检定、常见故障的分析与维护[J]. 计量与测试技术,2015,42 (05) :8 ~ 9.

[7] 付欣艳. 浅谈呼出气体酒精含量探测器[J]. 计量与测试技术,2014,41(07) :72 + 74.



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