通风柜校准方法的研究
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作者:黄满英
【摘要】 实验室通风柜就是保障实验室操作员免受危险化学制剂危害的最重要的实验室设备之一。本文对通风柜的校准参数及方法，功能以及不确定度作出分析，为校准机构对通风柜的校准提供参考。
【关键词】 通风柜;功能;校准方法;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.06.013
Abstract： Laboratory fume hood is one of the most important laboratory equipment to protect laboratory operators from dangerous chemicals. This paper analyzes the calibration parameters，methods，functions and uncertainty of fume hood，and provides reference for calibration institutions.
Key words： fume hood;function;calibration method;uncertainty
通风柜是实验室设计中不可缺少的一个组成部分。为了使实验室工作人员不吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机体、实验室中应有良好的通风。通风柜是高效的遏制毒性、刺激性或者易燃材料的安全设备，尤其是当试验过程中出现操作失误，蒸汽和灰尘从使用器皿中大量泻出时，它能起到安全保障作用。而通风柜安全与否直接影响到实验室人员的人身安全及环境安全。为了计量的准确性及对通风柜进行量值溯源体系提供技术依据，本文提供一种通风柜校准方法。
1 概述
1.1 通风柜的工作原理
用机械或自然的方法向室内空间送入足够的新鲜空气，同时把室内不符合卫生要求的污浊空气排出，使室内空气满足卫生要求和生产过程需要。
1.2 通风柜的功能
通风柜应具有以下功能：
1）释放功能：应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式，使其稀释后排出室外的机构。
2）不倒流功能：在通风柜内部，由排风机产生的气流将有害气体从通风柜内部排出，而不反向流进室内的功能。
3）隔离功能：在通風柜前面应用固定的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。
4）补充功能：应具有在排出有害气体时，从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。
5）控制风速功能：为防止通风柜内有害气体逸出，需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有：实验内容产生的热量及与换气次数的关系。
6）耐热及耐酸碱腐蚀功能：通风柜内有的要安置电炉，有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。
1.3 技术要求
通风柜通风量：1000 m3/h～1800 m3/h，工作面风速通常规定，一般无毒的污染物为0.25～0.38 m/s，有毒或有危险的有害物为0.4～0.5 m/s，剧毒或有少量放射性为0.5～0.6 m/s，气状物为0.5 m/s，粒状物为1 m/s。
>0.76 m/s，大多数实验室专家都同意该进口风速范围过大，可能会在通风柜内引起紊流从而导致柜内毒害气体溢出;噪声：≤65 dB，前壁板水平中心向外300 mm，且高于工作面380 mm处的噪声;照度≥300 lx，操作台面的平均照度（无背景照明）。
2 通风柜校准方法
通风柜主要测量参数是通风量，工作面风速，噪声，照度。通风柜的校准环境条件应在：环境温度15～30 ℃，相对湿度40%～85%，周围环境应通风良好，周围无易燃易爆的物品。现在主要讲述一下通风量及风速均匀性的校准。
2.1 通风量的校准
被测通风柜置于正常工作条件下运行10 min;用标准尺量通风柜玻璃窗开启面积的尺寸，通常开启高度按400 mm计算。用风速仪测量工作面风速，按下列公式计算通风量：
S——通风柜玻璃窗开启面积m2。通常开启高度按400 mm计算。通常玻璃视窗高度为200～400 mm。这个高度即起到遮挡防护的作用又具有良好的视界是比较好的开口高度。玻璃视窗全开只是维修高度;
V——风速m/s，通风柜风速要求如表1。
2.2 通风柜的风速及风速均匀性
通风柜的风速以断面风速的测量值为检测依据，检测时通风柜的门应放置在距桌面15 cm左右的位置，根据风速方向按从左至右或从上至下垂直均匀测量12次，按下式计算风速的均匀性，进口风速越大，形成的旋转气流就越强。因此，事情并不像人们想象的那样，进口风速越大，气流抑制效果就越好。工作面的进口风速均匀性计算方式：
3 不确定度的评定
3.1 测量方法
根据JJF（GZJL） 202-2016《通风柜校准规范》，通风柜风速测量结果的不确定度主要由测量仪器的不确定度和仪器使用重复性引起的不确定度组成。用经检定合格的风速计，采样口应放置在距桌面15 cm左右的位置，根据风速方向按从左至右或从上至下垂直均匀测量12次，记录风速大小并计算其风速平均值。
3.2 数学模型
3.3 方差和传播系数
3.4 标准不确定度分析及评定
3.4.1 风速计的准确度引入的标准不确定度分量[u1（Cm）]
校准证书上显示风速示值误差为U=0.20～0.50 m/s，均匀分布，则：
3.4.2 风速计测量重复性引起的不确定度分量[u2（Cm）]
用风速计6次在同一测量点测量生物安全柜的风速，结果如下（m/s）：0.45，0.46，0.52，0.48，0.52，0.48。得到实验标准偏差s=0.03 m/s，平均值为0.48 m/s，因检定时以6次平均值作为结果，故有：
3.4.3 以上二项合成
3.4.4 扩展不确定度的评定
风速计测量通风柜风速的扩展不确定度为：
取k=2，U=ku（Δ）=2×0.1732=0.35 m/s。
3.4.5 标准不确定度分量一览表
【参考文献】
[1] II级生物安全柜校准规范：JJF 1815-2020[S].
[2] II级生物安全柜：YY 0569-2011[S].
[3] 层流洁净工作台检验标准：JG/T 19-1999[S].
[4] 通风柜安全性能标准：ASHRAE 110-2016[S].
【作者简介】
黄满英，女，工程师，学士，研究方向为仪器计量检定校准，标准规程编写及企业评审。
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