使用環(huán)境溫度對(duì)呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量準(zhǔn)確度的影響

王法光　歐陽(yáng)忠偉（溫州市計(jì)量技術(shù)研究院，浙江　溫州　325001）

?

使用環(huán)境溫度對(duì)呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量準(zhǔn)確度的影響

王法光歐陽(yáng)忠偉
（溫州市計(jì)量技術(shù)研究院，浙江溫州325001）

摘要：我國(guó)目前對(duì)呼出氣體酒精含量探測(cè)器的檢定，主要依據(jù)JJG657-2006《呼出氣體酒精含量探測(cè)器》檢定規(guī)程，在此規(guī)程中，規(guī)定了檢定時(shí)的環(huán)境溫度為（25±2）℃，而我們?nèi)粘Ｔ谑褂弥校涫褂铆h(huán)境溫度偏離（25±2）℃較大。為了評(píng)估使用環(huán)境溫度對(duì)呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，本文進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，然后提出了解決問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：呼出氣體酒精含量探測(cè)器；環(huán)境溫度；測(cè)量準(zhǔn)確度

一、問(wèn)題提出

呼出氣體酒精含量探測(cè)器（以下簡(jiǎn)稱儀器）是一種公安機(jī)關(guān)對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)诉M(jìn)行呼氣酒精測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)血液酒精含量的一種計(jì)量器具。根據(jù)GB19522-2010《車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)》，血液酒精含量大于等于20mg/100mL小于80mg/100mL的，判定為酒后駕駛，血液酒精含量大于等于80mg/100mL的，判定為醉酒駕駛。如果儀器測(cè)量不準(zhǔn)確，將直接造成執(zhí)法不公。

儀器由氣路、電子電路、傳感器和顯示器組成。被測(cè)對(duì)象將肺部深處的氣體吹入氣路，之后采樣泵采樣一定體積的氣體送入傳感器，電子電路對(duì)傳感器的響應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，然后得出氣體中的酒精含量，根據(jù)GB19522-2010《車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)》，肺部深處氣體中酒精的含量與血液中酒精含量之間的比例為1∶2200，根據(jù)這個(gè)比例，儀器直接在顯示器上顯示被測(cè)對(duì)象血液中的酒精含量。在這中間，傳感器是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的一個(gè)關(guān)鍵部件。

我們知道傳感器在不同溫度下，對(duì)相同酒精含量的氣體的響應(yīng)是不同的，因此，儀器生產(chǎn)廠家會(huì)對(duì)傳感器的響應(yīng)進(jìn)行溫度修正，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，但是傳感器的個(gè)體存在差異，每個(gè)傳感器需要獨(dú)立進(jìn)行溫度修正，而由于工作量的問(wèn)題，現(xiàn)在大部分儀器廠商都選擇用同一條溫度修正曲線對(duì)不同的傳感器進(jìn)行修正，然后在（25±2）℃的環(huán)境下進(jìn)行校準(zhǔn)檢測(cè)。因此，在實(shí)際使用中，儀器傳感器會(huì)老化，儀器個(gè)體也存在差異，以及使用環(huán)境溫度的巨大差異，使用中的誤差是難以避免的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，對(duì)使用環(huán)境溫度對(duì)呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量準(zhǔn)確度的影響進(jìn)行研究。

二、實(shí)驗(yàn)情況

我們選取了兩只某廠商生產(chǎn)的儀器（器號(hào)為310605和310645）作為研究對(duì)象，選取DJS708型高低溫濕熱試驗(yàn)箱來(lái)提供所需的溫度環(huán)境。實(shí)際步驟如下：

1.在（25±2）℃的環(huán)境下，用0.473 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，并按照J(rèn)JG657-2006《呼出氣體酒精含量探測(cè)器》檢定規(guī)程（以下簡(jiǎn)稱規(guī)程）對(duì)其重復(fù)性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果符合規(guī)程要求。

2.配制0.315mg/L濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體兩袋。

3.設(shè)置高低溫濕熱試驗(yàn)箱溫度0℃，放入儀器，達(dá)到溫度后，將儀器放入試驗(yàn)箱，穩(wěn)定2h，將儀器取出，分別用標(biāo)準(zhǔn)氣體測(cè)量其濃度值并記錄。每測(cè)一次，立即將儀器放入試驗(yàn)箱，5min之后進(jìn)行下一次測(cè)試。重復(fù)測(cè)量3次。

4.分別設(shè)置溫度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，濕度保持在50%RH，重復(fù)步驟3，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

三、數(shù)據(jù)分析及影響因素探討

1.在20℃～30℃范圍內(nèi)，儀器準(zhǔn)確度較高：儀器在（25±2）℃溫度下校準(zhǔn)過(guò)，傳感器反映的就是在這個(gè)溫度下的響應(yīng)值，因此，在25℃附近溫度區(qū)間，儀器的溫度修正較為準(zhǔn)確。儀器的傳感器在20℃～30℃范圍內(nèi)的響應(yīng)值最高，而其溫度范圍又較為貼近25℃，因此，經(jīng)修正后，相比其他溫度區(qū)域，在20℃～30℃范圍內(nèi)，經(jīng)校正后的儀器內(nèi)存儲(chǔ)的溫度修正曲線與實(shí)際的溫度修正曲線較為接近，因此，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，儀器準(zhǔn)確度較高。

2.在15℃以下或者35℃以上時(shí)，儀器出現(xiàn)較大偏差：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，傳感器的性能會(huì)下降，其直接表現(xiàn)就是傳感器對(duì)同一濃度氣體的響應(yīng)值下降，隨之變化的，就是傳感器在不同溫度下的響應(yīng)值，此時(shí)，儀器實(shí)際的溫度修正曲線和程序內(nèi)置的溫度修正曲線存在偏差，因此，我們需要對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。依據(jù)規(guī)程，我們將校準(zhǔn)點(diǎn)選取在（25±2）℃溫度下進(jìn)行，將這個(gè)溫度點(diǎn)的儀器響應(yīng)值除以內(nèi)置的溫度修正曲線在相應(yīng)溫度點(diǎn)的響應(yīng)值，得到一個(gè)系數(shù)，再內(nèi)置的溫度修正曲線乘以這個(gè)系數(shù)，將得到一個(gè)新的溫度修正曲線，而由于傳感器對(duì)酒精的響應(yīng)值在20℃～30℃范圍內(nèi)是最大的，在其他區(qū)間響應(yīng)較低，經(jīng)長(zhǎng)期使用或者污染后，在偏離20℃～30℃溫度范圍的區(qū)域內(nèi)，傳感器性能下降也較快，而上述的校準(zhǔn)以及修正算法無(wú)法預(yù)測(cè)及反映這一點(diǎn)，從而導(dǎo)致溫度偏離25℃越大，溫度修正誤差越大。

3.在溫度較低時(shí)重復(fù)性較差：傳感器的響應(yīng)隨溫度的上升而升高，在20℃～40℃范圍內(nèi)的某點(diǎn)達(dá)到峰值，然后下降。儀器在20℃以下，由于傳感器的響應(yīng)值較低，而儀器在設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用一塊模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（AD），即在響應(yīng)值較低的情況下，其換算到氣體濃度的分辨率就變得很低，反映到性能上面，就是在溫度較低時(shí)，儀器重復(fù)性較差。

四、解決方案

1.儀器生產(chǎn)廠家應(yīng)對(duì)儀器的校準(zhǔn)程序重新進(jìn)行設(shè)計(jì)：將目前實(shí)行的單溫度點(diǎn)校準(zhǔn)改為多溫度點(diǎn)校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)的結(jié)果以及溫度修正曲線的固有特性，對(duì)傳感器的溫度修正曲線進(jìn)行擬合，使其更契合傳感器的固有特性。例如達(dá)特傳感器，則推薦在5℃、20℃和40℃下進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.儀器生產(chǎn)廠家應(yīng)對(duì)儀器整個(gè)生命周期的計(jì)量性能做深入研究：儀器生產(chǎn)廠家可仔細(xì)研究?jī)x器的開(kāi)機(jī)時(shí)間、測(cè)試次數(shù)、以及每次測(cè)試的濃度數(shù)據(jù)對(duì)儀器計(jì)量性能的影響，而這個(gè)影響在不同的環(huán)境溫度點(diǎn)應(yīng)該是不同的，應(yīng)該分別進(jìn)行深入研究。爭(zhēng)取達(dá)到根據(jù)儀器的累計(jì)開(kāi)機(jī)時(shí)間、累計(jì)測(cè)試次數(shù)以及測(cè)試的累計(jì)濃度值，來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行自動(dòng)修正，對(duì)溫度修正曲線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)預(yù)測(cè)儀器的使用壽命。

3.使用單位應(yīng)保證在20℃～30℃的環(huán)境溫度下使用，以保證測(cè)量準(zhǔn)確度：如果不在這個(gè)溫度區(qū)間使用，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，當(dāng)溫度高于30℃的時(shí)候，測(cè)量結(jié)果偏高，這時(shí)候?qū)⒃斐珊芏啾緛?lái)未達(dá)到酒后駕駛標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車駕駛員被判定為酒后駕駛，當(dāng)溫度低于20℃的時(shí)候，測(cè)量結(jié)果偏低，造成很多本來(lái)是酒后駕駛的機(jī)動(dòng)車駕駛員逃脫了法律的懲罰，很多本來(lái)是醉酒駕駛的機(jī)動(dòng)車駕駛員輕判為酒后駕駛。在實(shí)際操作中，我們可以先使用快速排查酒精檢測(cè)儀對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛員進(jìn)行初步排查，初步判定其呼氣中是否含有酒精，發(fā)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)擞芯坪篑{駛機(jī)動(dòng)車嫌疑時(shí)，立即在設(shè)置好20℃～30℃溫度區(qū)間的執(zhí)勤車內(nèi)或者是室內(nèi)進(jìn)行呼氣酒精測(cè)試，已保證交通執(zhí)法部門執(zhí)法的準(zhǔn)確可靠性。

4.計(jì)量檢定部門應(yīng)該修訂規(guī)程，在多個(gè)溫度點(diǎn)對(duì)儀器進(jìn)行檢定，確定溫度點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，而這幾個(gè)溫度點(diǎn)的選擇要參考實(shí)際的儀器使用區(qū)域的常年溫度范圍，最大值和最小值附近的點(diǎn)必須進(jìn)行檢定，然后計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的示值誤差，根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的最大允許誤差，來(lái)對(duì)儀器的檢定結(jié)果進(jìn)行判定，力求檢定結(jié)果能夠反映更多的儀器計(jì)量性能。在實(shí)際操作中，我們可以使用高低溫試驗(yàn)箱創(chuàng)造恒溫環(huán)境，參考實(shí)驗(yàn)步驟3進(jìn)行測(cè)量，讀取儀器測(cè)量值，對(duì)儀器進(jìn)行不同溫度下的示值誤差的檢定。

結(jié)語(yǔ)

呼出氣體酒精含量探測(cè)器作為交通執(zhí)法部門的執(zhí)法器具已經(jīng)應(yīng)用多年，也極大地改善了執(zhí)法的效率和準(zhǔn)確性，然而目前存在的使用溫度對(duì)儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度的影響仍然較大，而減少甚至消除溫度的影響需要各個(gè)相關(guān)單位部門做大量的工作，進(jìn)行深入地研究。相信經(jīng)過(guò)各方的共同努力，未來(lái)，我們能解決這個(gè)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

［1］朱海華.基于電化學(xué)酒精傳感器的高準(zhǔn)確度酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)電子器件，2013（4）：564-567.

［2］JJG657-2006，《呼出氣體酒精含量探測(cè)器》檢定規(guī)程［S］.

［3］GB/T21254-2007，呼出氣體酒精含量檢測(cè)儀［S］.

［4］DARTSENSORSLTDAlcoholsensor applicationnotesV7.0［Z］.

中圖分類號(hào)：TH83

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A