感烟火灾探测器灵敏度试验GB和UL标准测试差异比较

孤云

点型感烟火灾探测器是目前火灾探测报警器市场的主要产品，根据销售市场所在地标准要求的不同，其测试要求也不一样。美国UL认证是我国火灾探测器产品进入美国市场的基本准入条件。由于我国火灾探测器行业所遵循的标准为GB 4715-2005，UL认证的标准为UL 268，这两个标准在探头灵敏度试验方法和要求上有所不同。灵敏度试验是UL认证中工厂检查的必做测试项目，直接关系企业产品能否顺利出口。
一、GB标准对感烟探测器灵敏度的检测方法及要求
火灾探测方面有一个重要参数——响应阈值（或减光系数），通俗地讲就是探测器报警时的烟浓度，用来衡量探测器对烟雾反应的灵敏程度。GB标准规定的感烟火灾探测器响应阈值用GB标准烟箱测得。GB烟箱在GB 4715-2005中附录A《阈值检验烟箱》中给出了规定。光电感烟探测器的响应阈值用光学密度计测得的减光系数m值表示，单位是dB/m。离子感烟探测器的响应阈值由离子烟浓度计测得的y值（无量纲）表示。
1. GB标准对感烟探测器的灵敏度测量的要求
GB标准对感烟探测器灵敏度的测量，是在标准的燃烧实验室内进行真火燃烧试验。
GB 4715-2005标准4.22条款对感烟探测器的火灾灵敏度试验方法要求如下：
选取4只样品按规定安装于标准燃烧实验室天花板上。在试验前，样品稳定工作15min，实验室内应通风换气，直至热电偶、光学烟密度计和离子烟浓度计分别指示：温度为（23±5）℃，烟浓度m值小于0.02dB/m和y值小于0.05。然后开始点火试验，直至样件全部报警或燃烧试验结束。在试验时，随时测量ΔT、m、y等火灾参数，并记录每只样品在报警时刻的这些参数值。GB标准规定了4种燃烧试验火：木材热解阴燃火、棉绳阴燃火、聚氨脂塑料火、正庚烷火。
所有试验样件都报警后，燃烧试验即结束。但无论是否样件报警，只要监测的参数m＝2dBm-1（木材热解阴燃火，棉绳阴燃火）；或y＝6，（聚氨脂塑料火，正庚烷火），试验即结束。
2．GB标准对感烟探测器灵敏度和响应阈值的要求
1）灵敏度燃烧试验
所有感烟探测器分别在4种火的燃烧试验中，必须在试验结束前发出报警信号。如果试验结束前样品未报警，认为该样品灵敏度不合格。
2）一致性试验
测量20只样品的响应阈值，求平均值，用yrep或mrep表示。最大响应阈值用ymax或mmax表示，最小响应阈值用ymin 或mmin表示。则：
A. 样品最小响应阈值ymin不应小于0.2或mmin不应小于0.05dBm-1；
B. 比值mmax /mrep≤1.33或
mrep /mmin≤1.5，ymax /yrep≤1.33或 yrep /ymin≤1.5
3．GB标准对生产的控制
GB标准要求生产厂对每批产品的出厂抽样检验项目有：一致性试验、重复性试验、碰撞试验、低温（运行）试验、恒定湿热（运行试验）、电压波动试验。
作为强制认证产品，公安部消防产品合格评定中心每年做年度监督检验。每年评定中心将派员到生产厂成品库从大于规定基数的成品批中抽样并发至检测中心测试，以验证制造厂执行GB的符合性。年度监督检验的测试包括了一致性测试和燃烧试验。检测合格后，将发放年度监督检验报告，准许生产厂继续按标准生产、销售。
二、UL标准对感烟探测器灵敏度的检测方法及要求
UL标准对感烟探测器灵敏度的测量也是采用真火燃烧试验和标准烟箱测试的方法进行。
UL标准的真火燃烧试验按照 UL 268标准进行，规定了三种试验火：纸燃火、木燃火、易燃液体火。UL标准与GB标准的燃烧试验在原理、思路和基本方法上大体一致，但在设施、设备上和具体的规定上有差异。
UL烟箱是依据UL标准进行设计制造的专用感烟探测器灵敏度测试设备。UL烟箱测试的光电、离子系列探头灵敏度分别同样由光学密度计、离子浓度计显示，其显示值与UL颁布的标准范围的对应关系由专用对照表查阅得到。以光电感烟探测器典型型号2251B为例，其减光率范围需满足0.88%—3.09%。
1. UL标准对感烟探测器灵敏度的要求
UL标准要求申请者提供灵敏度分别偏上限和下限的样件各4只。所有样件必须通过各种火的燃烧试验，即：在规定的各种真火燃烧试验结束前，所有测试样件必须发出报警信号。对样件（必须能通过燃烧试验）用UL烟箱测试，得出灵敏度分别偏上限和下限的减光率，以确定出该产品烟箱测试灵敏度的上下限。要求所有产品烟箱测试灵敏度测得的减光率必须在此上下限之间。
2． UL标准对生产的控制
当一种产品通过了UL标准所有要求的测试和审核后，UL机构将针对该产品专门制定一套“跟踪服务文件”，对产品的性能指标、结构、元器件材料、标识等做出具体规定。要求生产厂严格按“文件”执行，UL审核人员按“文件”审查。
“文件”中对出厂检验要求进行下述抽样试验项目：灵敏度测试、日光灯干扰测试、生产线耐压测试。
由于UL检测机构使用的烟箱和生产厂家出厂检验用烟箱存在差异，所以UL机构在检测时，增加了比对试验。用同一组样件分别在生产厂的烟箱和UL检测机构的烟箱所测试的数据绘制两烟箱测试对比曲线图，并由此推导，最终规定厂家烟箱的灵敏度取值范围。UL派检查人员每月不定期地到生产厂做“跟踪服务”审核，检查生产厂是否完全按照“文件”执行。审核时还会抽取成品，在现场或送回UL检测实验室进行包括灵敏度在内的测试。
三、GB标准与UL标准的比较分析及在生产中的应对
1．GB测试数据和UL测试数据的相关性
减光系数m值与减光率obs.%值两者是正比关系。虽然GB标准和UL标准采用的烟箱设备、测试方法、计算方法不同，但测得的灵敏度是相关的。
2．保证UL产品灵敏度要求的策略
为更好满足UL标准要求，利于生产控制，在送样品测试时应选尽可能迟钝的样品确定上限，只要能通过真火试验，也应选择肯定不会更灵敏的样品作为下限。
3．GB标准一致性要求对生产中灵敏度控制的提示
GB标准的一致性要求是根据平均值计算的。如果产品整体灵敏度向迟钝方向移动，响应阈值平均值增大，按GB标准一致性要求所确定的上下限与平均值的距离也在增大，上下限差值与响应阈值平均值成正比。
所以，按GB标准生产，若能将产品的灵敏度控制使其整体向迟钝方向平移，产品更容易满足一致性要求；换言之，产品偏迟钝利于一致性测试，只要样件能通过真火试验。况且偏灵敏的探测器抗干扰性差，易产生误报。
4．GB标准一致性要求的合理性
乍一看如果满足GB标准的一致性要求，不一定同时能够满足UL标准的上下限要求，似乎GB标准的一致性规定不合理，其实并非如此。附图所示是测试一组探测器对烟浓度的响应图，灵敏度落在L1 、L2线之间，L1 、L2形成喇叭口状。
感烟火灾探测器灵敏度试验GB和UL标准测试差异比较.jpg

每只探测器对烟浓度的反应并不一致，随着烟浓度的上升，即m值的增大，在同一m值时不同的探测器反应时间（PW4）的差异也增大。换言之，随着产品向迟钝方向发展，产品的离散性会增大，因而一致性更难满足。所以GB一致性的要求是合理的。这也就解释了为什么GB标准一致性要求的最大值和最小值在平均值两边不对称。平均值比最小值≤1.33，而最大值比平均值≤1.5。
四、 GB标准与UL标准比较的结论
1.灵敏度的最终判定都是以燃烧试验为准的。但燃烧试验的规定、设备及方法有区别。
2.都采用烟箱测试灵敏度（或称响应阈值），但烟箱测试的规定、设备及方法有区别。
3.UL烟箱测试直接给出灵敏度要求的上下限，而GB烟箱测试是控制一致性，并没有灵敏度的上下限。
4. 由于UL有灵敏度的上下限，生产上较方便控制产品的灵敏度。企业可根据实际情况在出厂检验时确定抽样水平来达到企业的质量目标。而GB的一致性要求是针对20只样品而言的，未规定批量基数。GB产品的实际生产中应与标准要求保持一致，即也应用20只样件的响应阈值数据来判定是否满足要求。
5. 生产厂最好应像UL标准一样，对GB标准也确定响应阈值的上下限，这样更便于生产控制。