Приложение В (обязательное). Лабораторные сравнительные испытания

Приложение В
(обязательное)

Лабораторные сравнительные испытания

B.1 Основные положения

Прибор для определения содержания пыли испытывают совместно с референтным пробоотборником. Оба прибора помещают в среду с одними и теми же тестовыми аэрозолями в аэродинамической трубе или аэрозольной камере, а испытания повторяют в заданных условиях, соответствующих предполагаемому применению испытуемого прибора. Затем сравнивают значения содержания, полученные на разных приборах. Результаты, полученные на испытуемом приборе, должны согласовываться в установленных пределах с результатами, полученными с помощью референтного пробоотборника.

Принципиальное отличие этого метода от метода испытаний, приведенного в приложении А, состоит в том, что при лабораторном сравнении не определяют кривую эффективности пробоотборника и, следовательно, испытуемый прибор не может быть напрямую проверен на соответствие нормативам по отбору проб, установленным в ЕН 481. Это означает, что, проводя это испытание, невозможно вычислить показатель точности или суммарную неопределенность испытуемого прибора для любого произвольно выбранного распределения частиц аэрозоля по размерам, не примененного в испытаниях. Выбор тестовых аэрозолей и условий испытаний является особенно важным, поскольку они будут ограничивать область применения прибора в полевых условиях.

B.2 Метод испытаний

B.2.1 Общие положения

Значения содержания аэрозоля, полученные с использованием испытуемого пробоотборника, делят на значения содержания аэрозоля, полученные с использованием референтного пробоотборника, (см. определения испытуемого и референтного пробоотборников в разделе 3). План эксперимента продумывают таким образом, чтобы особое внимание было уделено случайному выбору и оценке основных влияющих факторов. План и приведенную в нем статистическую модель описывают в протоколе испытаний.

B.2.2 Условия испытаний

Испытания с аэрозолем проводят в аэродинамической трубе или аэрозольной камере с подходящим источником генерирования аэрозолей*. Содержание аэрозоля должно быть однородным в месте проведения измерений, где размещены пробоотборники. Испытательная установка должна обеспечивать изменение контролируемых факторов в соответствии с требованиями В.2.3. Испытания по проверке температурной стабильности датчика пыли с прямым отсчетом показаний проводят в климатической камере, в которой температура может изменяться в соответствии с требованиями В.2.3. Испытуемые индивидуальные пробоотборники для отбора вдыхаемой фракции, предназначенные для использования на открытом воздухе или в средах с интенсивной принудительной вентиляцией (т.е. при скорости ветра более 1 м/с), сравнивают с референтными пробоотборниками, для которых было подтверждено соответствие требованиям в этих условиях. Предпочтительно оба пробоотборника (испытуемый и референтный) установить на один и тот же манекен и провести испытание в одно и тоже время. Размер и характеристики материала используемого манекена указывают в протоколе испытаний. Альтернативные методы испытаний могут быть применены, если было доказано, что они дают аналогичные результаты**. Положение манекена должно воспроизводить эффекты, вызванные присутствием человека, т.е. его голова и корпус, одетый в чистый хлопчатобумажный комбинезон или аналогичную одежду***. Если пробоотборник испытывают в качестве индивидуального, то полученные результаты не применяют для его использования в качестве статического пробоотборника в среде с большой скоростью ветра (и наоборот). Если по техническим причинам манекен использовать нельзя, то скорости ветра в аэродинамической трубе должны быть не более 2 м/с (например, не более 0,5 м/с, 1 м/с и 2 м/с), а ограничения по испытанию приводят в протоколе.

B.2.3 Контролируемые влияющие факторы

В.2.3.1 Общие положения

Сравнительные испытания должны включать те влияющие факторы, которые отмечены как важные для испытуемого прибора. В таблице В.1 приведен перечень наиболее важных факторов и отмечено, для каких из них испытание обязательно (С), обязательно для приборов некоторых типов или конкретных случаев применения (С*) или необязательно (О). Исключенные факторы с обоснованием причины исключения указывают в разделе протокола испытаний, где приведена область их применения.

В таблице В.1 приведены диапазоны значений факторов, для которых проводят испытания, и число точек в этих диапазонах. Обычно, выбранные значения не обязательно должны включать предельные значения диапазона, хотя в некоторых случаях устанавливают специальные требования. Если, исходя из плана эксперимента, необходимо выбрать, например материалы, используемые для генерирования тестовых аэрозолей, то при критическом анализе рассматривают влияние сделанного выбора на пригодность результатов испытания для рутинного отбора проб.

Испытания по определению зависимости содержания аэрозоля от размера частиц проводят при фиксированных значениях всех остальных факторов (например, только при одной скорости ветра, являющейся наиболее представительной для условий использования). Испытания по определению зависимости от других факторов проводят только с одним тестовым аэрозолем.

Для каждого сочетания условий эксперимента получают шесть параллельных результатов. Шесть параллельных результатов могут быть получены при выполнении испытаний последовательных испытаний или одновременного испытания группы образцов пробоотборников, если это позволяют размеры испытательного оборудования и пробоотборников (В.2.4.4).

Таблица В.1 - Контролируемые влияющие факторы

Фактор	Статус	Диапазон значений	Число контролируемых точек в диапазоне	Пункт
Аэродинамический диаметр частиц	С С С	Вдыхаемая фракция от 1 до 100 мкм Торакальная фракция от 0,1 до 35 мкм Респирабельная фракция от 0,1 до 15 мкм	3 полидисперсных аэрозолей, выбранных так, чтобы был охвачен соответствующий диапазон	В.2.3.2
Скорость ветра	C C	В рабочей зоне только внутри помещений от 0 до 1 м/с В рабочей зоне внутри помещений или на открытом воздухе от 0 до 4,0 м/с	2: при скорости ветра 1 м/с 3: при скорости ветра 0,5 м/с, 1 м/с и 4 м/с	В.2.3.3
Направление ветра	C	Усредненное по всем направлениям	непрерывное вращение пробоотборника или 4 значений пошагово	В.2.3.4
Состав аэрозоля	C*	Показатель преломления, форма и цвет частиц	Выбирают подходящие материалы	В.2.3.5
Агломерация аэрозоля	О	Не агломерированная пыль; Высоко агломерированная пыль	Выбирают и документируют	В.2.4.2
Масса отобранного аэрозоля	O	Вплоть до массы, равной произведению: максимальное содержание х рассчитанный расход х время отбора проб	3	В.2.3.6
Температурная стабильность	C*	Диапазон температуры от 0 °С до 40 °С	5	В.2.3.7
Стабильность во времени	C*	Максимальная продолжительность периода отбора проб - вплоть до восьми часов	6	В.2.3.8
С - обязательное. С* - обязательное для некоторых типов пробоотборников или конкретных случаев применения. О* - необязательное.

В.2.3.2 Размер частиц

Выбирают порошки, подходящие для генерирования трех полидисперсных тестовых аэрозолей. При отборе проб торакальной и респирабельной фракций процент массы частиц, содержащихся в торакальной и респирабельной фракции (соответственно), должен составлять приблизительно 10% для первого аэрозоля, 50% - для второго и 90% - для третьего. При отборе проб вдыхаемой фракции аэродинамические диаметры, соответствующие массовой медиане распределения частиц тестовых аэрозолей, должны хорошо отличаться друг от друга и по крайней мере, 85% массы аэрозоля должны приходится на частицы с аэродинамическим диаметром не более 100 мкм.

B.2.3.3 Скорость ветра

Диапазон значений скорости ветра для "рабочей зоны на открытом воздухе" также применяют для пробоотборников, используемых в помещениях с принудительной вентиляцией (при скорости потока воздуха более 1 м/с). Рекомендуемое в настоящем стандарте наибольшее значение скорости ветра может быть изменено, если при критическом анализе найдено более подходящее верхнее предельное значение в зависимости от предполагаемого использования пробоотборника.

B.2.3.4 Направление ветра

В соответствии с определением норматива по вдыхаемой фракции влияние направления ветра должно быть усреднено путем вращения пробоотборников в ходе каждого испытания либо непрерывно, либо пошагово в четыре или более приема. Для статических пробоотборников может быть сделано исключение из этого правила, если пробоотборник сконструирован таким образом, что его входное отверстие всегда принимает наилучшее положение относительно внешнего ветра или является одинаковым для всех направлений, или если отбор проб происходит в фиксированных положениях по отношению к источнику принудительной вентиляции.

B.2.3.5 Состав аэрозоля

Испытание является обязательным только для пробоотборников с прямым отсчетом показаний, основанных на принципе светорассеяния. Выбирают несколько образцов порошка разного цвета и/или с разными показателями преломления, но приблизительно с одинаковым распределением частиц по размерам.

B.2.3.6 Масса отобранного аэрозоля

Целью испытания является определение зависимости отклика пробоотборника от массы отобранного аэрозоля, но не оценка погрешностей анализа. При проведении такого испытания выбирают максимальное содержание и время отбора проб, соответствующие предполагаемым целям измерения.

B.2.3.7 Температурная стабильность

Испытание обязательно только для приборов с прямым отсчетом показаний. Для испытания подбирают различные диапазоны температуры, наиболее приближенные к условиям, в которых будет эксплуатироваться прибор. Помещают прибор в климатическую камеру и записывают его выходной сигнал при нулевом содержании пыли по мере изменения температуры внутри камеры с шагом в 10°С. Повторяют испытание при заданном ненулевом содержании искусственной пыли, близком к значению из середины предполагаемого диапазона значений содержания для прибора.

B.2.3.8 Стабильность во времени

Испытание обязательно только для приборов с прямым отсчетом показаний. Испытание проводят в нормальных лабораторных условиях. При нулевом содержании пыли снимают показания прибора через, по крайней мере, шесть равных интервалов времени, распределенных по периоду измерения максимальной продолжительности (обычно 8 ч). Испытание повторяют при ненулевом содержании искусственной пыли, близком к значению из середины предполагаемого диапазона значений содержания для прибора.

В.2.4 Требования к экспериментам

Испытательная установка должна удовлетворять следующим требованиям.

B.2.4.1 Эксперименты должны проводиться при температуре от 15°С до 25°С, давлении от 960 до 1050 гПа и относительной влажности от 20% до 70%, а если пробоотборник предназначен для использования в более жестких условиях, то условия испытания должны по возможности воспроизводить эти условия. Подробное описание окружающей среды, в которой проводят испытания, и реальные условия во время испытания приводят в протоколе испытаний.

B.2.4.2 Соответствие требованиям к массовому распределению частиц тестового аэрозоля должно быть проверено путем отбора проб аэрозоля в точке, где проводят измерение. Степень агломерации тестового аэрозоля проверяют путем сличения проб, отобранных с использованием двух приборов, одного, предотвращающего разрушение агломератов (например, отстойника), и другого, в котором агломераты разрушаются (например, импактора).

B.2.4.3 При проведении испытаний в аэродинамической трубе или аэрозольной камере распределение частиц по размерам и содержание тестовых аэрозолей должно быть однородным и по размерам частиц и по содержанию. Содержание аэрозоля и время отбора проб должны быть достаточными, чтобы погрешность анализа составляла не более 2%. Однородность должна быть достаточной, чтобы погрешности оценок содержания, определенного с использованием референтного пробоотборника, были несмещенными с относительным стандартным отклонением не более 10%. Расстояние до источника пыли и вертикальное направление входных отверстий должно быть одинаковым для испытуемого и референтного пробоотборников.

B.2.4.4 Действительные значения скорости ветра (или любого другого параметра окружающей среды) во время испытаний не должны отличаться от заданного значения более чем на 10% в зоне, где размещены образцы пробоотборников. В аэродинамической трубе запирание потока воздуха приборами должно составлять не более 15%. По возможности определяют и приводят в протоколе испытаний длину турбулентного участка и степень турбулентности в аэродинамической трубе; их значения должны быть постоянными для каждой из контролируемых скоростей ветра.

B.2.4.5 Несколько образцов приборов могут быть испытаны вместе, если разместить их таким образом, что они не будут влиять друг на друга. Эксперимент планируют так, чтобы можно было изолировать приборы и исключить любые влияния места размещения на результат эксперимента. Приборы испытывают вместе с соответствующими для них держателями; плоскость, в которой находится входное отверстие должна быть ориентирована так же, как и при отборе проб в условиях применения. Места размещения приборов и их ориентацию указывают в протоколе испытаний.

B.2.4.6 В протоколе испытаний приводят подробное описание методов обработки и анализа проб, отбираемых во время испытаний, и методик очистки приборов между отдельными экспериментами.

B.2.4.7 Приборы испытывают вместе с подходящими для них насосами, при необходимости обслуживаемыми надлежащим образом. При испытаниях объемный расход тщательно настраивают, измеряют пузырьковым расходомером или газовым счетчиком и записывают. Используемые насосы должны соответствовать общим требованиям (ЕН 1232 или ЕН 12919) или требованиям, приведенным в 4.1, и любым более строгим требованиям, установленным в руководстве по эксплуатации прибора. Приборы с встроенным насосом или побудителем расхода испытывают при тех же условиях потока, какие установлены для встроенного насоса или побудителя расхода.

В.3 Методы вычисления

В.3.1 Обозначения и сокращения

- i-oe значение содержания (i = 1 до 6), полученное на испытуемом приборе, при заданном контролируемом факторе (например, тестовом аэрозоле, скорости ветра);

- i-oe значение содержания (i = 1 до 6), полученное с использованием референтного пробоотборника, при заданном контролируемом факторе (например, тестовом аэрозоле, скорости ветра);

- отношение i-ого значения содержания, полученного на испытуемом приборе, к i-ому значению содержания, полученному с использованием референтного пробоотборника, вычисляемое по формуле

.

B.3.2 Распределение отношений

Для каждого контролируемого фактора, например вида тестового аэрозоля, скорости ветра, вычисляют среднее геометрическое () шести отношений :

.

(B.1)

Вычисляют геометрическое стандартное отклонение () для шести отношений , по формуле

.

(В.2)

B.3.3 Поправочный коэффициент

Допустимо использовать только один поправочный коэффициент (Corr), кроме случаев использования приборов с прямым отсчетом показаний на основе принципа рассеяния света, в которых могут быть применены корректировочные функции. При использовании поправочного коэффициента или корректировочной функции их выбирают таким образом, чтобы максимально увеличить число факторов, определяющих условия испытания, при которых (после введения поправочного коэффициента) получают удовлетворительные характеристики. При последующем использовании прибора при измерении содержания частиц аэрозолей поправочный коэффициент или корректировочная функция должны быть применены ко всем результатам измерений. Значение любого поправочного коэффициента, вид функции, отклонение и зависимость от любой используемой корректировочной функции указывают в протоколе испытаний.

B.3.4 Точность

Показатель точности пробоотборника вычисляют по формуле

.

(В.3)

Если для прибора не используют поправочный коэффициент или корректировочную функцию, то Corr = 1,0.

B.3.5 Температурная стабильность

Для каждого контролируемого фактора (т.е. нулевого и ненулевого показания) вычисляют средний выходной сигнал прибора, как среднее арифметическое показаний при различных значениях температуры. Вычисляют разность между каждым отдельным значением и средним значением, в процентах от среднего значения.

B.3.6 Стабильность во времени

Для каждого контролируемого фактора (т.е. нулевого и ненулевого показания) вычисляют средний выходной сигнал прибора, как среднее арифметическое показаний, снятых в разное время. Вычисляют разность между каждым отдельным значением и средним значением, в процентах от среднего значения.

В.4 Протокол испытаний

Протокол испытаний должен содержать разделы в соответствии с приведенным ниже описанием.

B.4.1 Подробное описание испытательной лаборатории и финансирующей организации

Название и адрес испытательной лаборатории, перечень персонала, выполняющего испытания, дата выполнения работ, название финансирующей организации.

B.4.2 Описание испытуемого и референтного пробоотборников

- наименования приборов;

- обобщенный тип, т.е. циклон, осадитель;

- норматив по отбору проб для референтного пробоотборника;

- область применимости испытания и любые ограничения по применению пробоотборников в полевых условиях, обусловленные ограниченностью области применимости испытания;

- заводской номер, срок годности и предприятие - изготовитель испытуемых образцов.

B.4.3 Критический анализ отбора проб (см. раздел 5)

- описание отбора проб испытуемым пробоотборником;

- факторы, влияющие на отбор проб.

B.4.4 Испытательное оборудование

Приводят подробное описание оборудования, используемого на всех этапах лабораторных испытаний, с указанием особых ссылок на средства измерений, прослеживаемые к эталонам. Протокол обычно должен включать:

a) схематичное изображение и описание испытательного оборудования, т.е. аэродинамической трубы или аэрозольной камеры, включая их размеры, с указанием месторасположения пробоотборников;

b) подробное описание профилей скорости, ограничений потока для аэродинамических труб и уровней турбулентности;

c) описание плана эксперимента; местоположение и ориентация пробоотборников;

d) описание используемого(ых) тестового(ых) аэрозоля(ей), в том числе распределение частиц по размерам, и описание системы их генерирования;

e) описание методов определения стабильности и однородности аэрозоля;

f) проверка соответствия распределения частиц аэрозоля по массам установленным требованиям;

g) подробное описание градуировки пробоотборника в отношении характеристик потока;

h) подробное описание любых используемых внешних насосов;

i) подробное описание температуры, давления и влажности во время испытаний;

j) описание методов анализа и погрешностей анализа;

k) описание методик очистки.

B.4.5 Подробное описание плана эксперимента

В протоколе испытаний в виде таблицы приводят план эксперимента с указанием числа испытуемых образцов, вида тестовых аэрозолей, внешних факторов, таких как скорость ветра, и числа уровней для каждого фактора. Указывают порядок, в котором фактически проводились эксперименты. Также в этом разделе протокола приводят подробное описание любых дополнительных экспериментов.

B.4.6 Анализ результатов

Сводят в одну таблицу результаты экспериментов и вычислений для каждого условия испытаний. Если для прибора вычисляли корректировочный коэффициент или функцию, об этом делают запись в протоколе. Также приводят описание вычислений стабильности по температуре и стабильности во времени для приборов с прямым отсчетом показаний.

B.4.7 Характеристики испытуемого пробоотборника

- Выявляют условия испытаний, при которых пробоотборник дает оценку истинного содержания, завышенную или заниженную более чем на 10%.

- Выявляют условия испытаний, при которых пробоотборник работает с требуемой точностью.

- Для пробоотборников с прямым отсчетом показаний определяют, соответствует ли испытуемый пробоотборник требованиям по температурной стабильности и стабильности во времени.

- Определяют любые поправочные коэффициенты, которые применяют для значений содержания аэрозольных частиц, полученных с помощью пробоотборника.

- Определяют любые специальные ограничения по использованию пробоотборника, например условия, при которых он не соответствует требованиям настоящего стандарта.

B.4.8 Заключение и информация для пользователя

В конце протокола испытаний приводят заключение, в котором описывают область применения испытаний и их основные результаты. Также указывают характеристики пробоотборника и ограничения по его использованию. Описывают любые известные трудности, возникающие при рутинном использовании пробоотборника.