呼气酒精测试仪
背景
迫切需要确保酒后驾车者远离道路。据估计，在与酒精有关的事故中，每 32 分钟就有一人死亡，每 26 秒就有一人受伤。公路死亡人数从 1999 年的 41,717 人略微增加到 2000 年的 41,812 人。百分之四十 (16,725) 与酒精有关，比前一年的 38% 有所增加。
呼气酒精测试仪 (BAT) 取决于血液与呼吸的比率。这个比率描述了在任何给定时间呼吸的酒精含量和血液的酒精含量之间的关系。公认的呼吸酒精与血液酒精的比例是 2,100:1。这意味着 2,100 毫升的深空气肺样本含有与 1 毫升血液相同量的酒精。自 1939 年以来开发的所有呼气测试仪器都使用该比率。该比率由亨利定律指导，该定律指出在标准温度和压力下溶解在液体中的气体量与该气体在气相中的分压成正比。
为了获得一个人的酒精含量的准确读数，该设备必须测试一个人的肺部深处的空气。血液和肺之间的气体（例如酒精）交换发生在肺泡中。每个肺包含数百万个肺泡。如果没有将深肺空气呼入设备，则可以用较低浓度的酒精稀释样本呼吸。仪器通常需要一个人吹最少的时间，以确保从深肺中捕获空气。
目前使用的 BAT 主要有两种类型。第一种使用红外光来检测酒精含量。该设备使呼吸样本通过设置为酒精吸收频率的窄带红外光。未被酒精吸收的红外光量表明呼吸中酒精的浓度。
第二种设备使用燃料电池（依靠化学反应），是最常用的 BAT。人呼吸中的酒精是燃料电池的能量。呼出的酒精浓度越高，产生的电力就越多。该设备测量电流强度以确定呼吸/血液酒精含量 (BAC)。
燃料电池本身因产品而异，是制造商从外部供应商处购买的组件。在燃料电池中，两个电极浸入液体电解质中，电解质是一种导电物质。电极是一种固体电导体，电流通过它进入或离开。电极涂有铂层并具有非常细的孔。电极之间是薄的电解质层。酒精被泵吸入燃料电池并渗入电极，然后在那里进行化学转化。燃料导致电极之间的电流流动。
在酒精饮料中发现的酒精是乙醇，也称为乙醇。乙醇的分子结构有四种主要类型的键：碳与氧、碳与碳、碳与氢、氧与氢。在燃料电池测试仪中，电极上的铂材料充当化学催化剂，通过夺走氢原子的电子使氢原子电离。氢原子现在是正的。在这种化学转化（发生在燃料电池的顶部）中，氢原子随后在燃料电池中向下移动并与氧气结合。形成水并且每个正氢分子吸收一个电子。现在电池顶部的电子比底部多。两个表面通过导线电连接。电子从铂电极流过导线。电线连接到电流计和另一侧的铂电极。结果是流过燃料电池的中和电流。电流指示燃料电池消耗的酒精量。存在的燃料（酒精）越多，电流就越大。
历史
自希波克拉底时代 (c. 430 B.C. )，医生们已经知道，人类的呼吸可以为医学诊断提供线索。呼吸是测量一个人 BAC 的一种准确方法，因为血液流经肺部，这是气体交换的部位。酒精分子从血液转移到呼吸中排出的肺部空气中。
1938 年，第一个 BAT 由 R. N. Harger 博士开发并称为醉酒计。 1941 年出现了 Glenn Forrester 发明的 Intoximeter，然后是 Leon Greenberg 教授开发的 Alcometer。这些机器计算血液酒精以呼吸深肺空气样本的酒精含量。在这些仪器之前确定 BAC 的唯一方法是通过血液或尿液测试。这些方法既费时又昂贵。 1954 年，印第安纳州警察罗伯特·博肯斯坦 (Robert Borkenstein) 发明了呼吸测试仪。这是一种便携式、耐用的酒精测试设备，成为全国各地警察的首选仪器。
早期的呼气酒精测试仪要求被测试者吹气球。这确保了将采集深空气肺样本。然后气球空气通过光电化学品释放，在酒精存在下会变色。颜色变化越深，酒精含量越高。这种设备经常在法庭上受到质疑，因为它可能会产生错误的结果。例如，如果一个人在参加测试前使用了含酒精的漱口水，可能会导致更高的 BAC。
到 1980 年代，很少使用化学呼气测试。嫌疑人不断质疑结果，法院正在推翻他们。制造商专注于提高燃料和红外 BAT 使用的准确性、速度和易用性。
原材料
燃料电池呼气酒精测试仪主要由燃料电池、泵、吸嘴、印刷电路板 (PCB) 和液晶显示器 (LCD) 或发光二极管 (LED) 组成，所有这些都包含在通常由低浓度塑料制成的塑料外壳内。密度聚乙烯 (LDPE)、聚丙烯 (PP) 或聚苯乙烯 (PS) 塑料。燃料电池由两个镀铂电极和可渗透的电解质材料制成。泵由玻璃和尼龙制成，用于将酒精吸入 BAT。 BAT 的核心是控制整个单元的 PCB。微处理器包含 BAT 用于执行功能的编码。该设备还使用 LCD 或 LED 向用户显示指令，包括结果或潜在的错误消息。
设计
红外线和燃料电池呼气测试设备都用于三种不同类型的仪器：证据、筛选和被动呼气酒精测试仪。证据性 BAT 从人的呼吸中收集样本。结果足够准确，收集的证据可以在法庭上使用。大多数情况下，这些设备都很大——有台式电脑那么大——并且安装在警察局。由于其准确性和便携性（它们大约有袖珍计算器的大小），筛选 BAT 通常是使用最广泛的 BAC 测试仪。这些 BAC 测试仪需要一个人向设备吹气，它会读取通过、失败或提供该人 BAC 的数字读数。被动 BAT 也是手持设备，但不需要嫌疑人采取任何行动。该设备对人周围的空气进行采样。
制造
过程
- 生产燃料电池 BAT 的第一步是制造外壳。
燃料电池呼气酒精测试仪。塑料（LDPE、PP 或 PS）颗粒被送入料斗并加热直至完全液化。 - 然后料斗将粘性液体释放到注塑模具中。在这个过程中，塑料被倒入一个形状像所需外壳的模具中。液体充满模具后，模具会关闭，多余的材料会被排出。模具冷却后，它会打开并弹出外壳。
- PCB 由玻璃纤维环氧树脂制成，一侧或两侧粘合有铜线圈。这些到达工厂组装。
- 两个弹簧焊接到 PCB 上，该 PCB 将连接到电池。当外壳关闭时，外壳上的电池盒与弹簧对齐，以便电池准备好装入电池盒。
- 泵将测试设备内的人的呼吸吸入燃料电池。制造商采用三伏电机、耐热玻璃气缸、尼龙活塞和不锈钢导螺杆。泵转动不锈钢螺杆，螺杆前后移动活塞，迫使呼吸通过燃料电池。 Pyrex 是一种耐热、耐化学腐蚀的玻璃。尼龙活塞是一个实心圆柱体或圆盘，可以紧密地装入圆柱体中。一个 O 形圈，一种由橡胶或塑料制成的小环，手动放置在活塞的凹槽上。然后将活塞稍微润滑，然后安装在 Pyrex 气缸内。工人们确保这些部件牢固地固定在一起。然后他们用螺栓将电机和丝杠连接到泵上。
- 泵组装好后，会在测试夹具上进行测试，这是制造商为测试产品而制造的装置。每个制造商都有自己独特的测试夹具，但所有制造商的目标都是一样的：确保泵能够多次正确循环空气进出。工人将泵连接到一台机器上，该机器通过泵释放空气约 200 次。他们监控通过泵的气流并确保其符合规格。规范要求一定数量的空气通过设备。
- 泵完成后，其余部件将组装到塑料外壳中。 PCB 手动拧入外壳中。然后将 LCD 连接到 PCB。 LCD 的一侧有一个连接器。连接器连接到一个由电线和一块扁平的带状材料组成的柔性条带上。工人将连接器推入 PCB 并卡入到位。
- 接下来，工人将预组装的燃料电池固定到其余 BAT 组件上。燃料电池连接到端口块。端口块是设备的管道（一个小塑料管，样品空气在朝向燃料电池移动时进入）。工人用四颗螺丝将燃料电池连接到端口块。然后用两个螺钉将移植块固定到微处理器上。泵通过一根硅胶管连接到端口块上。管道将泵连接到端口组件。
- 一旦 BAT 完全组装好，制造商需要将测量值输入到设备中。制造商通过称为校准的过程设置设备。校准是将 BAT 设置为已知的标准酒精水平的过程，以便准确测量呼吸中的酒精浓度。 BAT 将对已知酒精浓度的测试气体或溶液进行采样，称为酒精标准。一经测试，BAT 将自动
燃料电池呼气酒精测试仪工作原理的示例。调整所有内部参数以提供准确的测量。 - BAT 测试完毕后，将它们打包并运送给批发商或直接运送给个人客户。
质量控制
每个 BAT 都有一个内置于 PCB 中的自诊断测试。制造商测试设备的所有功能。这些单元通过模拟器循环并反复测试。制造商可以一次运行 50 次测试。例如，当设备检测到足够深的肺部空气进入时，PCB 被编程为发出蜂鸣声。它还被编程为绘制被吹空气的图形。
制造商将通过机器推动已知量的空气，以一次测试多种功能。
当制造商完成测试后，他们会将产品发送到美国交通部。运输部必须先批准设备，然后才能将其列入合格产品清单。在执法方面，各州只需要购买符合产品清单上的设备。政府机构也只会从部门批准的设备购买设备。由于这些市场是美国销售的绝大多数酒精测试设备，因此制造商会定期将其产品发送到运输部办公室进行审批。交通部测试了该设备的性能。实验室工作人员使用含有已知酒精浓度的湿溶液或气体溶液。如果使用湿浴，该设备将连接到称为湿浴模拟器的仪器上。将溶液倒入模拟器中，仪器会自动将溶液加热至 93°F (34°C)。模拟器有一个气体出口。工作人员将吹嘴适配器连接到端口，然后将 Bat 的吹嘴连接到吹嘴适配器。在整个循环过程中，蒸汽以恒定速率从湿样品模拟器进入 BAT。然后工人将单位编程为 0.01。测试人员可以通过了解温度来确定从溶液中出现的准确酒精浓度。模拟器将蒸汽推过设备，测试人员将设备读数与已知的酒精浓度相匹配。 BAT 必须满足部门制定的规范。例如，交通部提出的要求之一是，当酒精浓度为 0.02 时，设备必须区分酒精和丙酮。实验室工作人员使用不同的测试条件重复测试大约 200 次。它们将已知温度从冷变到暖，例如 50'F、68°F 和 86°F（10°C、20°C 和 30°C）。
交通部还确保执法人员准确使用酒精测试设备。执法人员必须通过由州或地方政府进行呼气酒精测试的认证。
未来
推动的是制造可以现场收集证据的便携式设备。为了实现这一点，越来越多的人转向制造酒精燃料电池设备。与酒精红外设备相比，燃料电池测试仪要便宜得多。它们的准确性和易用性可与红外测试仪相媲美。
为个人消费市场制造的手持 BAT 的需求也在增长。想知道自己是否超过法定酒精限制的人可以使用这些 BAT 进行自我测试。销售酒精的机构也是这些设备的潜在市场。这些产品的大小与手电筒差不多，而且比专为专业人士设计的设备便宜得多。它们不像其他测试设备那样精确，但具有简便和成本低的优点。
执法人员是普遍和定期使用呼气测试设备以确保驾驶员不受酒精影响的主要群体之一。这些设备还用于确保工作场所不会发生酗酒。美国运输部要求对卡车运输、航空、铁路、运输和海运行业中数百万对安全敏感的员工进行酒精测试。这些员工的测试是随机进行的。不受监管的公司越来越多地对其员工进行酒精测试。
2001 年，大多数州的法律限制为 0.1 BAC，一些州强制执行 0.08。这意味着每 100 毫升血液中的 BAC 不超过 10 或 8 毫克。
哪里可以了解更多
书籍
康斯戴恩，道格拉斯 M.，编辑。 Van Nostrand 的科学百科全书。 第 8 版。纽约：国际汤姆森出版公司，1995 年。
期刊
国家统计与分析中心。 2000 年机动车交通事故死亡人数和伤害估计，2000 年机动车事故年度评估。
其他
“关于呼气测试。” Menssanna Research, Inc. 网页。 2001 年 12 月。
克雷格 C.弗洛伊登里希。 “呼吸测试仪的工作原理。” 东西如何工作网页。 2001 年 12 月。
Life Loc Technologies, Inc. 网页。 2001 年 12 月。
米 雷 纳尔逊
制造工艺