10 августа 2012

Высокое качество дымового извещателя недостижимо без повышения точности измерений

По определению: качество продукции — оценка потребителем степени соответствия её свойств индивидуальным и общественным ожиданиям, обязательным нормам в соответствии с ее назначением [1]. Само понятие: "качество продукции" многогранное и не до конца определенное. Наличие субъективных параметров у функции качества и неопределенность набора показателей качества делает оценку качества достаточно сложной задачей. Для обеспечения высокого качества продукции с низкими издержками в крупномасштабном производстве не достаточно просто контроля качества продукции, необходимо создание у производителя системы менеджмента качества производства в целом. А без нормативной базы, которая определяет объективные требования к виду продукции, немыслимо создание системы менеджмента качества. Но всегда ли нормативные документы определяют объективные требования к виду продукции?

В современном мире уровень техники существенно обновляется за пять – семь лет. Естественно, что отраслевые нормативные документы отстают по времени от ведущих мировых производителей, представляющих на рынок все новые и новые образцы своей техники.

В области пожарной автоматики основу технических средств составляют пожарные извещатели: тепловые и дымовые, ручные и пламени. В последние годы наиболее широко применяются дымовые оптико – электронные пожарные извещатели.

В Украине на такие изделия действует отраслевой стандарт ДСТУ EN54-7 [2], который был внедрен в 2005-2006 годах и по существу является идентичным переводом европейского стандарта 2000 года. В России же с 01. 05. 2009 действует ГОСТ Р 53325 [3], и этот стандарт должен претерпеть в ближайшее время значительные изменения, касающиеся технических требований к компонентам систем пожарной сигнализации, и к дымовым точечным пожарным извещателям в частности, гармонизируясь все больше и больше с европейскими нормативами.

Но содержит ли исходный европейский стандарт EN54-7 все необходимые и достаточные технические требования к дымовым точечным пожарным извещателям, как виду продукции?

Необходимо сразу же оговорить, что пожарные извещатели не являются средствами измерения. Но так как эти извещатели должны быть чувствительны к продуктам горения, которые вызывают поглощение или рассевание электромагнитного излучения в определенной области спектра, то они просто обязаны иметь определенные метрологические параметры и методы контроля, с помощью которых определяются характеристики изделий, определяющих данный вид продукции. По существу задача сводится к электрическим измерениям неэлектрических величин.

Оптико-электронные дымовые точечные извещатели построены на основе эффекта Тиндаля [4], т.е. на эффекте свечения оптически неоднородной среды вследствие рассеяния проходящего света. В этом случае интенсивность рассеянного света, в выбранном направлении (при постоянных параметрах падающего света), зависит от концентрации рассеивающих частиц и их размера. Более глубокое изучение физических основ построения точечных извещателей показывает присутствие и других закономерностей, например, эффекта Ми [5]. Эта закономерность гласит, что существует зависимость интенсивности рассеянного света от угла между осями излучателя и фотоприемника, а также от соотношения между радиусом частицы и длинной волны излучения в данной среде. Непрозрачность (мутность) среды меньше в случае мелких и крупных частиц и максимальна при некотором промежуточном размере частиц. Естественно, что интенсивность рассеянного света будет зависеть и от коэффициента поглощения света частицами этой мутной среды. Проблемы реальной и технологической чувствительности дымовых извещателей освещались в ряде публикаций [6, 7, 8]. Здесь же хочется остановиться на необходимых и достаточных условиях, при соблюдении которых можно считать, что процесс испытаний того или иного параметра проходит корректно и в результате будут получены достоверные данные.

Как говорится в самом стандарте [2] "значение порога срабатывания дымовых извещателей рассеянного или проходящего света характеризуется удельной оптической плотностью (модулем затухания) испытательного аэрозоля, измеренной вблизи извещателя в момент генерирования сигнала тревоги". К самому аэрозолю также предъявляются особые требования, которые изложены в приложении В указанного стандарта. Необходимо отметить, что удельная оптическая плотность есть величина относительная, зависящая от логарифма отношения мощности излучения линейного измерителя в чистом воздухе к мощности излучения в задымленном пространстве, в момент срабатывания контролируемого извещателя.

Линейные измерители удельной оптической плотности используются при проведении испытаний пожарных дымовых извещателей как в дымовом канале, так и в комнате тестовых пожаров. В стандарте нет различий по метрологической точности измерений этих двух измерителей. Считается, что "для всех значений концентрации аэрозоля или дыма до 2 дБ/м погрешность измерения измерителя затухания должна быть не больше чем 0,02 дБ/м + 5% от измеренного значения концентрации аэрозоля или дыма". Если для измерителя в комнате тестовых пожаров предложенная приведенная погрешность является необходимым и достаточным условием для оптических измерений – не хуже, чем ± 6%, то для дымового канала вопрос приемлемости такой погрешности остается открытым. Очевидным пока является то, что в дымовом канале реально приходится измерять удельную оптическую плотность во много раз меньшую, чем 2 дБ/м.

В п. 4.7.1.1 российского нормативного документа [1] приведен диапазон возможных значений чувствительности извещателей пожарных дымовых оптико-электронных точечных от 0,05 до 0,2 дБ/м. Но данные требования слабо увязаны с п. 4.7.2.3, который ссылается на приложение Г, в котором говорится:

"Устройство для определения удельной оптической плотности продуктов горения (аэрозоля) должно иметь следующие характеристики:

длина волны излучателя (приемника) от 850 до 950 нм;
диапазон измеряемой удельной оптической плотности от 0 до 3,0 дБ/м;
погрешность измерения не более 0,02 дБ/м;
длина зоны измерения оптической плотности не более 1,6 м".

Получается, что реальные значения чувствительности дымовых извещателей порядка 0,1 дБ/м предписывается стандартом измерять на пределе измерений до 3,0 дБ/м с погрешностью измерения 0,02 дБ/м. При приведенной погрешности в один процент, на данном пределе измерения цена деления может составлять 0,03 дБ/м.

А это в свою очередь означает, что измерение величины 0,1 дБ/м будет делаться с погрешностью ± 0,05 дБ/м, или иными словами ± 50%.

Если бы в стандарте был указан иной диапазон измеряемой удельной оптической плотности, например от 0 до 0,3 дБ/м, то измерить 0,1 дБ/м удалось бы с погрешностью в два раза меньшей.

Если считать, что средняя чувствительность дымовых пожарных извещателей в дымовом канале близка к значению 0,1 дБ/м, то по европейским требованиям погрешность измерительного прибора при измерении этой величины не должна превышать значение ± 0,025 дБ/м, или 25%.

Попытаемся вычислить среднюю чувствительность извещателей в дымовом канале иным способом.

По требованиям европейского и российского стандартов минимальное значение порога срабатывания должно быть не менее 0,05 дБ/м. Но из-за погрешности прибора минимально возможное измеренное значение чувствительности m_min должно быть не менее 0,075 дБ/м. Если это значение удельной оптической плотности учесть при определении средней чувствительности, то из отношения m_ср к m_min равного 1,50 получим возможное значение средней чувствительности - 0,108 дБ/м для самых чувствительных извещателей. Максимально возможное значение удельной оптической плотности m_max будет составлять 0,144 дБ/м, а с учетом погрешности прибора эта величина может иметь значения вплоть до 0,172 дБ/м. Но тогда отношение m_max к m_ср может достигать значения 1,60, что заведомо больше 1,33. А отношение m_ср к m_min сможет достигать значения 2,17, что также заведомо больше 1,5.

Но даже если реально разброса значений чувствительности конкретного извещателя от среднего значения вообще не будет, то из-за погрешности измерительного прибора минимально возможное значение удельной оптической плотности будет составлять 0,05 дБ/м, среднее – 0,075 дБ/м, а максимальное – 0,1 дБ/м. А это означает, что прибор из-за своей погрешности будет выдавать максимально возможные значения коэффициентов: m_max / m_ср= 1,33, а m_ср / m_min = 1,5.

Вот поэтому ответ на вопрос: "Достаточно ли точности измерительного прибора, приведенной в стандарте, чтобы получить достоверные результаты испытаний, проводимых в дымовом канале? " – может быть только отрицательным.

Так увеличение точности измерителя удельной оптической плотности в дымовом канале до величины ±0,01 дБ/м позволит выпускать дымовые пожарные извещатели, у которых реальные значения коэффициентов не будут превосходить значений m_max / m_ср= 1,20, а m_ср / m_min = 1,25, чтобы изделия удовлетворяли требованиям нормативного документа.

При погрешности прибора равной ±0,01 дБ/м и при повторяемости извещателя в пределах погрешности прибора суммарный разброс параметра будет уже ± 0,02 дБ/м, а значит, отношение m_max к m_min будет достигать значения 1,5. Если же реального разброса параметра у извещателя вообще не будет, то за счет погрешности прибора отношение m_max к m_min будет достигать значения 1,2.

Аналогичным образом погрешность измерителя удельной оптической плотности в дымовом канале повлияет на расчетные значения коэффициентов при других испытаниях дымового пожарного извещателя - это касается и зависимостей от направления, и от напряжения питания, и от повышенной температуры и др.

Все вышеизложенное показывает, что проводя испытания в аккредитованной лаборатории в полном соответствии с требованиями европейского уровня качества по EN54-7 или ГОСТ Р 53325 можно признать полностью пригодный дымовой извещатель несоответствующим и наоборот, несоответствующий извещатель случайно признать пригодным. Для исключения подобных случаев в практике испытательных лабораторий, аккредитованных на право проведения сертификационных испытаний в объеме требований предъявляемых к дымовым точечным пожарным извещателям, необходимо провести изменения в соответствующих стандартах:

В ГОСТ Р 53325 изменить приложение Г в части раздельных требований к измерителям удельной оптической плотности в дымовом канале и комнате тестовых пожаров следующем виде:

"Устройство для определения удельной оптической плотности продуктов горения (аэрозоля) в дымовом канале должно иметь следующие характеристики:

длина волны излучателя (приемника) от 850 до 950 нм;
диапазон измеряемой удельной оптической плотности от 0 до 0,3 дБ/м;
погрешность измерения не более 0,01 дБ/м.

Устройство для определения удельной оптической плотности продуктов горения в комнате тестовых пожаров должно иметь следующие характеристики:

длина волны излучателя (приемника) от 850 до 950 нм;
диапазон измеряемой удельной оптической плотности от 0 до 3,0 дБ/м;
погрешность измерения не более 0,02 дБ/м + 5% от измеренного значения концентрации дыма;
длина зоны измерения оптической плотности не более 1,6 м".

В EN 54-7 приложение А необходимо дополнить примечанием:

"Для всех значений концентрации аэрозоля или дыма от 0 до 0,3 дБ/м погрешность измерения измерителя затухания в дымовом канале должна быть не больше чем 0,01 дБ/м".

Литература:

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