使用环境温度对呼出气体酒精含量探测器测量准确度的影响

时间：2024-05-17

王法光　欧阳忠伟（温州市计量技术研究院，浙江　温州　325001）

王法光欧阳忠伟
（温州市计量技术研究院，浙江温州325001）

摘要：我国目前对呼出气体酒精含量探测器的检定，主要依据JJG657-2006《呼出气体酒精含量探测器》检定规程，在此规程中，规定了检定时的环境温度为（25±2）℃，而我们日常在使用中，其使用环境温度偏离（25±2）℃较大。为了评估使用环境温度对呼出气体酒精含量探测器测量准确度的影响，本文进行了相关的实验，然后对实验结果进行了分析，然后提出了解决问题的方法。

关键词：呼出气体酒精含量探测器；环境温度；测量准确度

一、问题提出

呼出气体酒精含量探测器（以下简称仪器）是一种公安机关对机动车驾驶人进行呼气酒精测试来检验血液酒精含量的一种计量器具。根据GB19522-2010《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》，血液酒精含量大于等于20mg/100mL小于80mg/100mL的，判定为酒后驾驶，血液酒精含量大于等于80mg/100mL的，判定为醉酒驾驶。如果仪器测量不准确，将直接造成执法不公。

仪器由气路、电子电路、传感器和显示器组成。被测对象将肺部深处的气体吹入气路，之后采样泵采样一定体积的气体送入传感器，电子电路对传感器的响应进行检测并对电信号进行处理，然后得出气体中的酒精含量，根据GB19522-2010《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》，肺部深处气体中酒精的含量与血液中酒精含量之间的比例为1∶2200，根据这个比例，仪器直接在显示器上显示被测对象血液中的酒精含量。在这中间，传感器是影响测量准确度的一个关键部件。

我们知道传感器在不同温度下，对相同酒精含量的气体的响应是不同的，因此，仪器生产厂家会对传感器的响应进行温度修正，从而实现准确测量，但是传感器的个体存在差异，每个传感器需要独立进行温度修正，而由于工作量的问题，现在大部分仪器厂商都选择用同一条温度修正曲线对不同的传感器进行修正，然后在（25±2）℃的环境下进行校准检测。因此，在实际使用中，仪器传感器会老化，仪器个体也存在差异，以及使用环境温度的巨大差异，使用中的误差是难以避免的，所以我们设计了实验，对使用环境温度对呼出气体酒精含量探测器测量准确度的影响进行研究。

二、实验情况

我们选取了两只某厂商生产的仪器（器号为310605和310645）作为研究对象，选取DJS708型高低温湿热试验箱来提供所需的温度环境。实际步骤如下：

1.在（25±2）℃的环境下，用0.473 mg/L的标准气体对仪器进行校准，并按照JJG657-2006《呼出气体酒精含量探测器》检定规程（以下简称规程）对其重复性进行检测，结果符合规程要求。

2.配制0.315mg/L浓度的标准气体两袋。

3.设置高低温湿热试验箱温度0℃，放入仪器，达到温度后，将仪器放入试验箱，稳定2h，将仪器取出，分别用标准气体测量其浓度值并记录。每测一次，立即将仪器放入试验箱，5min之后进行下一次测试。重复测量3次。

4.分别设置温度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，湿度保持在50%RH，重复步骤3，记录相应的数据，见表1。

表1实验数据

三、数据分析及影响因素探讨

1.在20℃～30℃范围内，仪器准确度较高：仪器在（25±2）℃温度下校准过，传感器反映的就是在这个温度下的响应值，因此，在25℃附近温度区间，仪器的温度修正较为准确。仪器的传感器在20℃～30℃范围内的响应值最高，而其温度范围又较为贴近25℃，因此，经修正后，相比其他温度区域，在20℃～30℃范围内，经校正后的仪器内存储的温度修正曲线与实际的温度修正曲线较为接近，因此，在这个温度范围内，仪器准确度较高。

2.在15℃以下或者35℃以上时，仪器出现较大偏差：经过一段时间的使用，传感器的性能会下降，其直接表现就是传感器对同一浓度气体的响应值下降，随之变化的，就是传感器在不同温度下的响应值，此时，仪器实际的温度修正曲线和程序内置的温度修正曲线存在偏差，因此，我们需要对仪器进行校准。依据规程，我们将校准点选取在（25±2）℃温度下进行，将这个温度点的仪器响应值除以内置的温度修正曲线在相应温度点的响应值，得到一个系数，再内置的温度修正曲线乘以这个系数，将得到一个新的温度修正曲线，而由于传感器对酒精的响应值在20℃～30℃范围内是最大的，在其他区间响应较低，经长期使用或者污染后，在偏离20℃～30℃温度范围的区域内，传感器性能下降也较快，而上述的校准以及修正算法无法预测及反映这一点，从而导致温度偏离25℃越大，温度修正误差越大。

3.在温度较低时重复性较差：传感器的响应随温度的上升而升高，在20℃～40℃范围内的某点达到峰值，然后下降。仪器在20℃以下，由于传感器的响应值较低，而仪器在设计时，一般采用一块模数转换芯片（AD），即在响应值较低的情况下，其换算到气体浓度的分辨率就变得很低，反映到性能上面，就是在温度较低时，仪器重复性较差。

四、解决方案

1.仪器生产厂家应对仪器的校准程序重新进行设计：将目前实行的单温度点校准改为多温度点校准，根据校准的结果以及温度修正曲线的固有特性，对传感器的温度修正曲线进行拟合，使其更契合传感器的固有特性。例如达特传感器，则推荐在5℃、20℃和40℃下进行校准。

2.仪器生产厂家应对仪器整个生命周期的计量性能做深入研究：仪器生产厂家可仔细研究仪器的开机时间、测试次数、以及每次测试的浓度数据对仪器计量性能的影响，而这个影响在不同的环境温度点应该是不同的，应该分别进行深入研究。争取达到根据仪器的累计开机时间、累计测试次数以及测试的累计浓度值，来对仪器进行自动修正，对温度修正曲线进行自动调整，同时预测仪器的使用寿命。

3.使用单位应保证在20℃～30℃的环境温度下使用，以保证测量准确度：如果不在这个温度区间使用，结合实验数据可得，当温度高于30℃的时候，测量结果偏高，这时候将造成很多本来未达到酒后驾驶标准的机动车驾驶员被判定为酒后驾驶，当温度低于20℃的时候，测量结果偏低，造成很多本来是酒后驾驶的机动车驾驶员逃脱了法律的惩罚，很多本来是醉酒驾驶的机动车驾驶员轻判为酒后驾驶。在实际操作中，我们可以先使用快速排查酒精检测仪对机动车驾驶员进行初步排查，初步判定其呼气中是否含有酒精，发现机动车驾驶人有酒后驾驶机动车嫌疑时，立即在设置好20℃～30℃温度区间的执勤车内或者是室内进行呼气酒精测试，已保证交通执法部门执法的准确可靠性。

4.计量检定部门应该修订规程，在多个温度点对仪器进行检定，确定温度点的点数，而这几个温度点的选择要参考实际的仪器使用区域的常年温度范围，最大值和最小值附近的点必须进行检定，然后计算各个点的示值误差，根据各个点的最大允许误差，来对仪器的检定结果进行判定，力求检定结果能够反映更多的仪器计量性能。在实际操作中，我们可以使用高低温试验箱创造恒温环境，参考实验步骤3进行测量，读取仪器测量值，对仪器进行不同温度下的示值误差的检定。