висока якість димового сповіщувача недосяжна без здолання похибок вимірювань

03 жовтня 2012

Автор: Владимир Баканов

bakanov arton st2 2За визначенням: якість продукції - оцінка споживачем ступеня відповідності її властивостей індивідуальним і суспільним очікуванням, обов'язковим нормам відповідно до її призначення [1]. Саме поняття: "якість продукції" багатогранне і не до кінця визначене. Наявність суб'єктивних параметрів у функції якості і невизначеність набору показників якості робить оцінку якості досить складним завданням. Для забезпечення високої якості продукції з низькими витратами в великомасштабному виробництві не достатньо просто контролю якості продукції, необхідне створення у виробника системи менеджменту якості виробництва в цілому. А без нормативної бази, яка визначає об'єктивні вимоги до виду продукції, немислимо створення системи менеджменту якості. Але чи завжди нормативні документи визначають об'єктивні вимоги до виду продукції?

В сучасному світі рівень техніки суттєво оновлюється за п'ять - сім років. Природно, що галузеві нормативні документи відстають за часом від провідних світових виробників, що представляють на ринок все нові й нові зразки своєї техніки.

В галузі пожежної автоматики основу технічних засобів становлять пожежні сповіщувачі: теплові і димові, ручні і полум'я. В останні роки найбільш широко застосовуються димові оптико - електронні пожежні сповіщувачі.

В Україні на такі вироби діє галузевий стандарт ДСТУ EN54-7 [2], який був впроваджений в 2005-2006 роках і по суті є ідентичним перекладом європейського стандарту 2000 року. У Росії ж з 01. 05. 2009 діє ГОСТ Р 53325 [3], і цей стандарт має зазнати найближчим часом значних змін, що стосуються технічних вимог до компонентів систем пожежної сигналізації, і до димових точковим пожежних сповіщувачів зокрема, гармонізуючись все більше і більше з європейськими нормативами.

Але чи містить відправний європейський стандарт EN54-7 всі необхідні і достатні технічні вимоги до димових точкових пожежних сповіщувачів як виду продукції?

Необхідно відразу ж обумовити, що пожежні сповіщувачі не є засобами вимірювання. Але так як ці сповіщувачі повинні бути чутливі до продуктів горіння, які викликають поглинання або розсіювання електромагнітного випромінювання в певній області спектра, то вони просто зобов'язані мати певні метрологічні параметри та методи контролю, за допомогою яких характеризуються параметри виробів, а також визначають їх як вид продукції. По суті задача зводиться до електричних вимірювань неелектричних величин.

Оптико-електронні димові точкові сповіщувачі побудовані на основі ефекту Тиндаля [4], тобто на ефекті світіння оптично неоднорідного середовища внаслідок розсіювання світла, що проходить. В цьому випадку інтенсивність розсіяного світла, в обраному напрямку (при постійних параметрах падаючого світла), залежить від концентрації розсіюючих частинок та їх розміру. Більш глибоке вивчення фізичних основ побудови точкових сповіщувачів показує присутність і інших закономірностей, наприклад, ефекту Мі [5].

Ця закономірність свідчить, що існує залежність інтенсивності розсіяного світла від кута між осями випромінювача і фотоприймача, а також від співвідношення між радіусом частки і довгої хвилі випромінювання в даному середовищі. Непрозорість (каламутність) середовища менша в разі дрібних і великих частинок і максимальна при деякому проміжному розмірі частинок. Природно, що інтенсивність розсіяного світла буде залежати і від коефіцієнта поглинання світла частинками цього каламутного середовища. Проблеми реальної та технологічної чутливості димових сповіщувачів висвітлювалися в ряді публікацій [6, 7, 8]. Тут же хочеться зупинитися на необхідних і достатніх умовах, при дотриманні яких можна вважати, що процес випробувань того чи іншого параметра проходить коректно і в результаті будуть отримані достовірні дані.

Як говориться в самому стандарті [2] "значення порога спрацьовування димових сповіщувачів розсіяного або пропущеного світла характеризується питомою оптичною щільністю (модулем загасання) випробувального аерозолю, виміряної поблизу сповіщувача в момент генерування сигналу тривоги". До самого аерозолю також пред'являються особливі вимоги, які викладені в додатку В зазначеного стандарту. Необхідно наголосити, що питома оптична щільність є величина відносна, що залежить від логарифма відношення потужності випромінювання лінійного вимірювача в чистому повітрі до потужності випромінювання в задимленому просторі, в момент спрацьовування контрольованого сповіщувача.

Лінійні вимірювачі питомої оптичної щільності використовуються при проведенні випробувань пожежних димових сповіщувачів як в димовому каналі, так і в кімнаті тестових пожеж. У стандарті немає відмінностей з метрологічної точності вимірювань цих двох вимірювачів. Вважається, що "для всіх значень концентрації аерозолю або диму до 2 дБ / м похибка вимірювання вимірювача затухання повинна бути не більше ніж 0,02 дБ / м + 5% від виміряного значення концентрації аерозолю або диму". Якщо для вимірювача в кімнаті тестових пожеж запропонована наведена похибка є необхідною і достатньою умовою для оптичних вимірювань - не гірше, ніж ±6%, то для димового каналу питання прийнятності такої похибки залишається відкритим. Очевидним наразі є те, що в димовому каналі реально доводиться вимірювати питому оптичну щільність у багато разів меншу, ніж 2 дБ / м.

У п. 4.7.1.1 російського нормативного документа [1] наведено діапазон можливих значень чутливості сповіщувачів пожежних димових оптико-електронних точкових від 0,05 до 0,2 дБ / м. Але дані вимоги слабо ув'язані з п. 4.7.2.3, який посилається на додаток Г, в якому говориться:

"Пристрій для визначення питомої оптичної щільності продуктів горіння (аерозолю) повинен мати такі характеристики:

- Довжина хвилі випромінювача (приймача) від 850 до 950 нм;

- Діапазон вимірюваної питомої оптичної щільності від 0 до 3,0 дБ / м;

- Похибка вимірювання не більше 0,02 дБ / м;

- Довжина зони вимірювання оптичної щільності не більше 1,6 м ".

Виходить, що реальні значення чутливості димових сповіщувачів порядку 0,1 дБ/м пропонується стандартом вимірювати на межі вимірювань до 3,0 дБ / м з похибкою вимірювання 0,02 дБ / м. З урахуванням наведеної похибки в один відсоток, на даному діапазоні вимірювання ціна поділки може становити 0,03 дБ / м.

А це, в свою чергу, означає, що вимірювання величини 0,1 дБ / м буде робитися з похибкою ±0,05 дБ / м, або іншими словами ±50%.

Якби в стандарті був вказаний інший діапазон питомої оптичної щільності, що вимірюється, наприклад, від 0 до 0,3 дБ / м, то виміряти значення 0,1 дБ/м вдалося б з похибкою в два рази меншою.

Якщо вважати, що середня чутливість димових пожежних сповіщувачів в димовому каналі близька до значення 0,1 дБ/м, то за європейськими вимогами похибка вимірювального приладу при вимірюванні цієї величини не повинна перевищувати значення ± 0,025 дБ / м, або 25%.

Спробуємо обчислити середню чутливість сповіщувачів в димовому каналі іншим способом.

За вимогами європейського і російського стандартів мінімальне значення порога спрацьовування повинно бути не менше 0,05 дБ/м. Але через похибки приладу мінімально можливе виміряне значення чутливості mmin повинно бути не менше 0,75 дБ/м. Якщо це значення питомої оптичної щільності врахувати при визначенні середньої чутливості, то з відношення mср до mmin рівного 1,50 отримаємо можливе значення середньої чутливості - 0,108 дБ / м для самих чутливих сповіщувачів. Максимально можливе значення питомої оптичної щільності mmax становитиме 0,144 дБ/м, а з урахуванням похибки приладу ця величина може мати значення аж до 0,172 дБ / м. Але тоді відношення mmax до mср може досягати значення 1,60, що явно більше 1,33. А відношення mср до mmin зможе досягати значення 2,17, що також свідомо більше 1,5.

Але навіть якщо реального розкиду значень чутливості конкретного типу сповіщувача від середнього значення взагалі не буде, то через похибки вимірювального приладу мінімально можливе значення питомої оптичної щільності становитиме 0,05, середнє - 0,075, а максимальне - 0, 1 дБ/м. А це означає, що прилад через свою похибку видаватиме максимально можливі значення коефіцієнтів: mmax / mср = 1,33, а mср / mmin = 1,5.

Ось тому відповідь на питання: "Чи достатньо точності вимірювального приладу, наведеної в стандарті, щоб отримати достовірні результати випробувань, що проводяться в димовому каналі?" - може бути тільки негативною.

Так збільшення точності вимірювача питомої оптичної щільності в димовому каналі до величини ± 0,01 дБ/м дозволить випускати димові пожежні сповіщувачі, у яких реальні значення коефіцієнтів не будуть перевершувати значень mmax / mср = 1,20, а mср / mmin = 1,25 , щоб вироби задовольняли вимогам нормативного документа.

При похибці приладу рівною ± 0,01 дБ/м і при повторності сповіщувача в межах похибки приладу сумарний розкид параметра буде вже ± 0,02 дБ/м, а значить, відношення mmax до mmin буде досягати значення 1,5. Якщо ж реального розкиду параметра у сповіщувача взагалі не буде, то за рахунок похибки приладу відношення mmax до mmin буде досягати значення 1,2.

Аналогічним чином похибка вимірювача питомої оптичної щільності в димовому каналі вплине на розрахункові значення коефіцієнтів при інших випробуваннях димового пожежного сповіщувача - це стосується і залежностей від напрямку, і від напруги живлення, і від підвищеної температури та інше.

Все вищевикладене свідчить, що проводячи випробування в акредитованій лабораторії в повній відповідності до вимог європейського рівня якості за EN54-7 або ГОСТ Р 53325 можна визнати повністю придатний димовий сповіщувач невідповідним і навпаки, невідповідний сповіщувач випадково визнати придатним. Для виключення подібних випадків у практиці випробувальних лабораторій, акредитованих на право проведення сертифікаційних випробувань в обсязі вимог, що пред'являються до димових точковим пожежних сповіщувачів, необхідно провести зміни у відповідних стандартах:

У ГОСТ Р 53325 змінити додаток Г в частині роздільних вимог до вимірювачам питомої оптичної щільності в димовому каналі і кімнаті тестових пожеж у наступному вигляді:

"Пристрій для визначення питомої оптичної щільності продуктів горіння (аерозолю) в димовому каналі повинен мати такі характеристики:

- Довжина хвилі випромінювача (приймача) від 850 до 950 нм;

- Діапазон вимірюваної питомої оптичної щільності від 0 до 0,3 дБ / м;

- Похибка вимірювання не більше 0,01 дБ / м;

- Довжина зони вимірювання оптичної щільності не більш 1,6 м.

Пристрій для визначення питомої оптичної щільності продуктів горіння в кімнаті тестових пожеж повинен мати такі характеристики:

- Довжина хвилі випромінювача (приймача) від 850 до 950 нм;

- Діапазон вимірюваної питомої оптичної щільності від 0 до 3,0 дБ / м;

- Похибка вимірювання не більше 0,02 дБ / м + 5% від виміряного значення концентрації диму;

- Довжина зони вимірювання оптичної щільності не більше 1,6 м ".

У ДСТУ EN 54-7 додаток А доповнити національним приміткою:

"Для всіх значень концентрації аерозолю або диму від 0 до 0,3 дБ / м похибка вимірювання вимірювача затухання в димовому каналі повинна бути не більше ніж 0,01 дБ / м".

Висока якість димового сповіщувача недосяжна без здолання похибок вимірювань

 

Література:
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Качество_продукции
2. ДСТУ EN 54-7:2004 Системи пожежної сигналізації. Частина 7. Сповіщувачі пожежні димові точкові розсіяного світла, пропущеного світла або іонізаційні.
3. ГОСТ Р 53325- 2009 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний.
4. Большая Советская Энциклопедия, т. 25, с. 559.
5. М. Борн, Э. Вольф "Основы оптики", М., Наука, 1970 г., с. 716.
6. Баканов В. В. "Взгляд на пожарные дымовые извещатели через призму тестовых пожаров", ж. F+S Технологии безопасности и противопожарной защиты № 1, 2010, с. 26
7. Зайцев А. В. "Пожарные извещатели. Огневые испытания или "дымовой канал", ж. Алгоритм безопасности, №1, 2012, с. 64.
8. Неплохов И. Г. "Чувствительность дымового извещателя" ж. Системы безопасности, №2, 2012, с. 150.

PDR 1 02