Kvalitetsprovning av alkolås

Transkript

1 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 1 Redovisning avseende projektet Kvalitetsprovning av alkolås Nr EK50A2002:2645 inklusive beskrivning av en strukturmodell för klassificering av alkolås i Sverige Text: Tomas Jonsson

2 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 2 Innehåll Innehåll...2 Inledning...4 Uppdraget i sin helhet...6 Medverkande sakkunniga, organisationer och företag...7 Sverige har stor kunskap om alkoholmätning...8 Vad är ett alkolås?...9 Handenheten...9 Centralenheten...10 Kommunikation...10 Användarvänlighet...10 Alkolås kräver en viss utandningsvolym...10 Uppvärmningstid i alkolåsen...10 Smittospridning och hygien...11 Hur fungerar mätningen?...12 Dagens och morgondagens alkolås...13 Företag som levererar eller utvecklar alkolås idag...13 Bränslecell...14 Så här fungerar bränslecellen i detalj...14 Bränslecellens elektrokemiska funktion...15 Viktiga faktorer för ett tillförlitligt mätvärde...15 Störande ämnen...15 Uppvärmning av låset...15 Halvledarcell...17 Halvledarcellens funktion i detalj...18 Kalibrering av halvledarcell...20 Infraröd mätteknik...21 IR-teknikens mätning i detalj...21 Sammanfattning av mättekniker...23 Störande ämnen...24 Mätteknikernas egenskaper...24 Manipulering...24 Temperaturavkännare...25 Luftfuktighetsmätare...25 Ljudkännare...25 Blås och sug...25 Nödstart...26 Nödkod via display och knappar...26 Nödkod via indikeringslampa...26 Nödstart via knapp...27 Plombering...27 Sammanfattning om nödstart...27 Användningsområden och klassificering...28 Typindelning...29

3 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 3 Alkolås vid rehabiliteringsprogram och villkorlig körkortsåterkallelse Typ RP (Rehabilitation Programme)...30 Alkolås I yrkestrafik och upphandlade transporter Typ TQ (Transport Quality)...30 Alkolås för frivillig användning av privatpersoner...32 Fackets roll i alkolåsarbetet...32 Även andra kravställare på alkolås framhåller vikten av låsens kvalité...33 Produktinformation alkolås ACS Alkolock V ACS Interlock WR Dräger Interlock XT...37 Foxguard Alkolås...38 Sepab Alkolås...38 Protego Alkolås A Projektets kostnader Slutord...41 Bilagor...43 Bilaga 1. MHF:s projektansökan till Skyltfonden 29 januari Bilaga 2. MHF:s skrivelse till Skyltfonden den 7 november 2003 med revidering av projektbeskrivning och tidsplan... Bilaga 3. MHF:s skrivelse till Skyltfonden den 14 april 2004 med viss revidering av projektplanen... Bilaga 4. CENELEC:s utkast till EU-standard för alkolås (EN 50436) i svensk översättning... Bilaga 5. MHF:s till CENELEC insända kommentarer till Europeisk standard för alkolås (EN 50436)... Bilaga 6. Utandningsvolymer och mätning av alkohol i utandningsluft...

4 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 4 Inledning MHF har sedan 90-talet arbetat intensivt med frågor rörande alkolås. Alkolås har funnits på den internationella markanden sedan början av 80-talet och användes då främst i programverksamhet för rattfyllerister. På senare år har alkolås också börjat användas som ett verktyg för kvalitetssäkring av transporter, en utveckling som främst har skett i Sverige. Allteftersom alkolåsen har introduceras i Sverige och intresset för denna tekniklösning har tilltagit så ökar också risken att lycksökare med kvalitativt dåliga alkolås får avsättning för sina produkter på den snabbt växande svenska markanden. Efter erfarenheter främst från den amerikanska markanden där biliga produkter med dålig kvalité konkurrerat ut kvalitativt bra produkter och på detta vis skapat en dålig och negativ opinion gentemot alkolås som teknik så är det av största vikt att detta inte inträffar i Sverige. I delar av USA kan man fortfarande idag c:a år efter införandet se en negativ opinion mot alkolås. MHF:s målsättning har hela tiden varit att förebygga en sådan utveckling i Sverige i så stor utsträckning som möjligt. MHF ansökte 2002 om medel från Skyltfonden för att mer målmedvetet arbeta med kvalitetssäkring av alkolås på den Svenska och internationella markanden. För att kunna genomföra projektet stod det snabbt klart att vi var tvungna att starta med en inventering av mätteknik för alkoholutandning. Vi fann snabbt att det finns fyra olika sätt att detektera alkohol i utandningsluften, varav tre är aktuella för att kunna användas i alkolås. Utifrån de tekniska grunderna kan arbetet med att testa och kvalitetssäkra produkterna starta. En annan förutsättning som också framkom under arbetets gång är behovet att dela in alkolåsen i olika användningsområde för att på detta sätt underlätta införandet av nya produkter. Skyltfondsuppdraget, som först 2002 formades som ett rent kvalitetssäkringsuppdrag, omformades 2003 för att också omfatta framtagningen av en struktur för klassificering och beskrivning av strukturmodell för alkolåsimplementering i Sverige. Efter genomgång med samtliga alkolåsleverantörers tekniker samt egen personal kunde vi också konstatera att det inte bara är mätsäkerheten i alkolåsen som gör att ett alkolås fungerar som det ska. Lika stor betydelse har kapsling av komponenter, manipuleringsteknik, elektronisk funktionalitet (exempelvis påverkan vid strömpikar m.m.) samt val av olika funktionslösningar och mätmetoder.

5 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 5 En av de allra viktigaste förutsättningarna för att ett alkolås skall visa rätt värde är att mätningen görs på den djupa lungluften. Till följd av detta kan alkolåsen uppfattas som svårblåsta av personer med nedsatt lungkapacitet. För att klarlägga vilka utandningsvolymer som är nödvändiga för att en korrekt mätning av alkohol i utandningsluften ska kunna ske har vi gemensamt med Statens kriminaltekniska laboratorium tittat närmare på definitionen djup lungluft. Genom en statistisk bearbetning av ett stort antal utandningar i polisens alkoholbevisinstrument har det varit möjligt att någorlunda bedöma konsekvenserna av ett sänkt krav på minsta godtagbara utandade volym. Resultatet av undersökningen (se sammanfattning i bilaga 6) visar tydliga resultat som redan nu använts för att sänka rekommendationerna för alla alkolås i hela EU från att tidigare krävt 1,5 liter luft till att idag bara kräva 0,7 l - 1,2 l beroende på användningsområde.

6 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 6 Uppdraget i sin helhet I vår projektansökan till skyltfonden den 29/ anges följande projektinriktning: Vi vill införskaffa de olika alkolås som finns på marknaden idag och gemensamt med Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut kvalitetspröva dessa lås enligt ovannämnda föreslagna provningsprogram. 1 Vi har valt att i det planerade projektet prioritera testning av mätosäkerheten för alkohol i utandningsluften. De krav som man kan ställa på ett alkolås och som inte omedelbart påverkar trafiksäkerheten faller utanför ramarna för intentionerna med detta projekt.. På grund av svårigheter att få lås levererade från leverantörerna samt behovet av att styra upp marknaden i olika kategorier omformulerades projektet delvis i enlighet med till skyltfonden insänd skrivelse den 7 november Omformuleringen innebar främst att vi i samband med kvalitetstestningen ville göra en klassificering av alkolås efter användningsområde. Utgångspunkten för de mest kvalificerade alkolåsen skulle vara de kvalitetskrav som angetts för alkolås använda vid villkorlig körkortsåterkallelse i Sverige och den standard för alkolås inom EU-området som då var under utarbetande i CENELEC. För alkolås som används vid kvalitetssäkring av transporter kunde enligt vår mening delvis andra kvalitetskriterier gälla utan att fördenskull ge avkall på grundläggande höga krav gällande mätsäkerhet och tillförlitlighet vid praktisk användning. På motsvarande sätt ville vi formulera relevanta kvalitetskrav för frivilligt installerade alkolås i personbilar. MHF arbetade därefter fram svenska standarder för dessa användningsområden men insåg senare behovet av internationella standarder inom hela EU. Vi medverkar därför i den tekniska kommitté i CENELEC som utarbetar standarder för både rattfylleriprogrammen och kvalitetssäkring av transporter.

7 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 7 Medverkande sakkunniga, organisationer och företag Följande personer har medverkat i projektets olika skeden och med olika tidsåtgång, alltifrån konsultering i enskilda frågor till medverkan i och yttrande över hela avsnitt i rapporten. ACS, Alcohol consumer system: Bill Burger Alkolås i Skandinavien: Bengt Allo Alkolåsutredningen: Mårten Nilsson, Lars Olov Sjöström, Karin Svensson Smith Dräger: Pierre Gustavsson, Johannes Lagois Electronic Design: Wincent Karlsson Fackförbundet Transport: Martin Miljeteig, Per David Wennberg Foxguard: Christer Lundin, Thomas Sandström, Markus Turesson Guardian Interlock System: Andi Haa Jovitex: Carl Schneider KG Knutsson: Björn Strandberg Kommunförbundet: Åsa Zetterberg Life Safer: Richard Freund Lion Laboratories: David Freeman, Geraint W Robert MADD: Lennart Bergendahl Nanopuls AB: Bengt Lindström, Hans-Olov Moberg, Kurt Sjödin, Palmenco: Sverker Stakenberg PFK: Manuel Fererra Protego: Agneta Rydström, Mats Stenfält Q 3: Lasse Holm Saab Automobil: Anna Petré Senelec: Johannes Lagois Sepab: Åsa Fagerström, Ambjörn Gripenstam, Sven Erik Pettersson Signal teknik: Adam Hedman, Kurt Sjödin SKL, Statens Kriminaltekniska laboratorium: Lars Andersson SP, Sveriges Provning och forskningsinstitut: Conny Haraldsson, Rauno Pyykkö Vägverket: Bo Bjerre, Liza Jakobsson, Anders Lie, Bo Lönegren, Ingemar Skogö, Claes Tingvall STR, Sveriges Trafikskolors Riksförbund, Gunnar Karlsson, Sverker Stakenberg Sveriges Försäkringsförbund: Staffan Moberg Trocadero consulting AB: Stefan Nordin Volvo Cars: Henrik Forsgren, Jan Fredrik Grönvall, Ola Norberg, Eleonor Åkesson, Från MHF har Maria Agge, Tom Bjerver, Tomas Jonsson Helena Persson, Egon Sandqvist, Sören Sehlberg och Lars Olov Sjöström medverkat i projektarbetet.

8 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 8 Sverige har stor kunskap om alkoholmätning En säker mätning av förekomsten av alkohol i fordonsförarens utandningsluft är av avgörande betydelse för nuvarande alkolås funktion. Den teoretiska grunden för bestämningen av alkohol i utandningsluft beskrevs indirekt 1917 i den svenske forskaren Erik M. P. Widmarks doktorsavhandling Acetonkoncentrationen i blod, urin och alveolärluft (djup lungluft) presenterade Göran Liljestrand och Paul Linde en studie om alkoholens övergång från blodet till utandningsluften. De svenska forskningsrönen tillvaratogs och vidareutvecklades i USA där Rolla N. Harger och hans kollegor 1938 publicerade ett vetenskapligt arbete om utandningsprov på misstänkta rattfyllerister. Kort därefter fick alkoholutandningsprov bevisvärde i ett par amerikanska delstater. Dessutom har Professor Leonard Goldberg och Dr Kjell Bjerver spelat en stor roll i utvecklingen och införandet av alkoholutandningsmetoder och utrustning i Sverige genom att på talet och 70 talet genomföra stora fältprov bland bilister i Sverige. I Sverige har polisen sedan mitten av 1950-talet använt utandningsprov som ett hjälpmedel för att avgöra om blodprov behöver tas på en motorfordonsförare. Det första instrumentet som polisen använde hette Alcotest och tillverkades av företaget Dräger i Tyskland. I början av 1980-talet infördes nya sållningsinstrument med förfinad teknik. Från 1 juli 1989 gäller lagen om utandningsprov som bevismedel vid trafiknykterhetsbrott. Polisens användning av sållnings- och bevisinstrument för detektering av alkohol gör att vi idag har ingående kunskaper i Sverige om mätteknikerna vilket utgör en viktig grund för utvecklingen av alkolås.

9 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 9 Vad är ett alkolås? Man kan säga att de flesta alkolås består av två delar, en handenhet och en centralenhet. För de alkolås som loggar informationen om blåsningar och annan information som t.ex. start och stopp av fordonet lagras vanligen informationen antingen i handenheten eller i centralenheten. I de lås som används vid körkortsprogram kan det i vissa fall lagras information både i alkolåsets centralenhet och i handenheten. I denna rapport har vi valt att bara titta på traditionella alkolås, dvs. lås som föraren blåser i för att fastställa om han/hon är påverkad eller inte. I arbetet med att sätta en kvalitetsnorm är det dock viktigt att inte vara låst vid äldre och idag vanligt förekommande tekniklösningar. Med anledning av detta så kommer vi att mera detaljerat beröra hur tekniken som finns i dag fungerar och vilka hot och möjligheter som det innebär. Handenheten Handenheten fungerar som en ren alkoholmätare som känner av om den som blåser i mätaren har över eller under en förprogrammerad promillegräns. Har den som blåser en för hög promillehalt så sänds en signal till centralenheten att inte ge klartecken för start. Handenheterna i de olika alkolåsmodellerna är utformade på olika sätt. En gemensam nämnare för ett seriöst alkolås är att det skall finnas någon form av skydd mot manipulering, dvs. en teknik som känner av att det är en människa som blåser i låset. Detta berörs längre fram i rapporten. Dessutom bör utrustningen känna av att man verkligen blåser i alkolåset. Detta sker oftast genom att alkolåset känner av ett tryck samt ett flöde av luft i utrustningen. Handenheternas mätenhet kan utformas med olika tekniker. Vanligast är bränslecellsteknik men även halvledarcellsteknik (metalloxidsensorteknik) används. För att göra en tillförlitlig mätning av alkohol i utandningsluften krävs det att man får en viss volym av luften från lungorna hos den som blåser. Ju djupare lungluft som tillförs instrumentet desto mer exakt utslag blir det i alkolåset. Se bilaga 6! I handenheterna finns bortsett från mätenheten också annan elektronik som registrerar/tolkar informationen från mätkroppen och sänder den vidare till centralenheten. På vissa alkolås finns också digitala displayer eller lysdioder som indikerar vad man som användare av utrustningen skall göra. Skillnaden mellan display och dioder är oftast kostnaden och möjligheten att kommunicera med användaren. Vissa problem kan finnas med displayer då man använder dem där det är extrema klimatförhållanden. Av den orsaken har många leverantörer både display och lysdioder.

10 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 10 Centralenheten Centralenheten tolkar informationen från handenheten. Enkelt kan man säga att om föraren blåser med en för hög promille i handenheten så släpper inte centralenheten de spärrar som kopplats till alkolåset. Vanligtvis bryter centralenheten strömmen till startmotorn men den skulle också kunna bryta strömmen till bränslepumpen eller till tändningen. Kommunikation Kommunikationen mellan handenheten och centralenheten kan ske på olika sätt. Vanligaste metoden har varit med hjälp av en kabel, men ett flertal leverantörer har valt att kommunicera trådlöst med hjälp av radiovågor, IR-teknik eller Blue Tooth. 2 Användarvänlighet Det skiljer en del på användarvänligheten hos de olika alkolås som idag är tillgängliga på markanden. En viktig del i kommunikationen mellan alkolåset och användaren är att det bör vara lätt att använda utrustningen, och att om man gör något fel utrustningen meddelar detta till användaren. I de flesta fall så har alkolåset en uppvärmningstid, det gör att man kan få vänta på att utrustningen ska bli klar för att ta emot ett utandningsprov. När utrustningen är färdig ska man blåsa lugnt, jämt och lagom hårt i utrustningen i ca 3-5 sekunder. Alkolås kräver en viss utandningsvolym Många alkolås kan uppfattas som svårblåsta. Anledningen är att man alltid strävar efter att nå den så kallade djupa lungluften. MHF har gemensamt med Statens kriminaltekniska laboratorium (SKL) genomfört en studie i utandningsvolym bland cirka vanliga människor. Bland dessa har vi tittat närmare på personer med olika förmåga att kunna avge utandningsluft. När vi ser resultatet av vilken kapacitet som olika individer har så kan vi konstatera att ett flertal alkolås skulle kunna sänka sin nedre gräns för utandningsvolym ytterligare för att underlätta blåsning (läs mer i bilaga SKLrapport om utandningsvolym). Uppvärmningstid i alkolåsen När det gäller uppvärmningen i låsen har olika leverantörer löst detta på olika sätt. Klart är dock att en förutsättning för att kunna ge ett så tillförlitligt värde som möjligt är att det är rätt temperatur i mätkroppen på alkolåset vid provtagningstillfället. Uppvärmningen tar tid, vilket kan upplevas besvärande för användaren.

11 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 11 För att påskynda uppvärmningstiden har en del leverantörer lösningen att uppvärmningen startar redan när föraren låser upp bilen med fjärrkontrollen i nyckeln. I dessa fall upplever de flesta användarna att alkolåset alltid är redo när man satt sig för att starta fordonet. En del leverantörer med s.k. bränslecellsteknik har valt en helt annan lösning för att minimera uppvärmningstiden. Eftersom man vet att bränslecellen visar ett korrekt värde vid 34 C så har man i programvaran tagit hänsyn till hur stor differensen är vid andra temperaturer. I dessa fall gör alkolåset en omräkning av det uppmätta värdet till ett korrekt värde trots att man inte uppnått 34 C i mätkroppen. 3 Smittospridning och hygien Då de alkolås som för närvarande förekommer på den svenska marknaden kräver att man aktivt blåser i låset så har samtliga utrustningar idag utbytbara munstycken. Kostnaden för dessa munstycken är mellan 2-10 kr/st. Munstyckena är personliga och samtliga håller idag en god kvalité. Munstyckena går att tvätta men man ska undvika rengöringsmedel som innehåller alkohol. Viktigt att tänka på är att munstycket måste torka ordentligt före användandet. Det samma gäller om munstycket fyllts av saliv, då det bör bytas ut till en rent och torrt munstycke. Om flera personer använder samma munstycke bör man tänka på smittorisken eftersom mun- och lungsjukdomar som munherpes, förkylning och influensa kan smitta via ett använt munstycke. I exceptionella fall kan även mer allvarliga sjukdomar överföras via saliv och slem.

12 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 12 Hur fungerar mätningen? I alkolåset görs först en mätning av eventuell alkohol i utandningsluften. Om alkohol indikeras hindras fordonet från att starta genom impulser till startsystemet. Det finns idag i huvudsak fyra olika metoder för att mäta alkoholkoncentrationen i utandningsluften, kemisk mätning, bränslecellsteknik, halvledarcell och IR-teknik. Bränslecellstekniken är idag den vanligaste tekniken när det gäller tillförlitliga mätinstrument, t.ex. I polisens sållningsinstrument och alkolås. Kemisk Halvledarteknik Bränslecell Infraröd Den kemiska mätningen kommer vi ihåg från tiden då man i poliskontrollerna blåste i ballong. Denna teknik lämpar sig inte när det gäller alkolås. Halvledarcellstekniken hittar vi främst i billigare alkoholmätare av den typ som kan köpas på postorder eller på bensinstationer. Vissa typer av enklare alkolås använder också halvledarcellsteknik. Bränslecellstekniken används i bl. a. polisens sållningsinstrument samt i de alkolås som används i rehabiliteringsprogram och där man ställer krav på att alkolåsen enbart ska reagera på alkohol. IR-tekniken är den mest exakta av de olika metoderna och är den metod som idag används som bevisinstrument på polisstationen vid misstanke om rattfylleri.

13 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 13 Dagens och morgondagens alkolås De alkolås som idag är tillgängliga på den svenska marknaden bygger antingen på bränslecellsteknik eller på halvledarteknik. Båda teknikerna vidareutvecklas ständigt och kan fortfarande vara intressanta för framtida alkolås, förutsatt att användarens krav på kvalitet och pris kan uppfyllas. IR-tekniken kan eventuellt komma att bli aktuell i alkolås och andra system för att förhindra rattfylleri. Idag finns IR-tekniken bara i polisens bevisinstrument samt i den prototyp för framtida passivt alkolåssystem som utvecklats i samverkan mellan MHF och Försäkringsförbundet. Prisbilden för alkolås baserat på olika mättekniker kan komma att förändras starkt vid produktion för en större marknad. För att detektera alkohol på annat sätt än via utandningsluft finns ett flertal andra metoder och tekniker, I dagsläget pågår forskning kring ett flertal olika metoder som i framtiden skulle kunna vara realistiska att användas till alkolås. Det är t.ex. Möjligt att mer eller mindre exakt detektera alkohol är i blod, urin, svett, saliv, via ögonrörelse, reaktion och i rörelsemönster. Som hjälpmedel för att detektera alkohol i luft skulle det i framtiden troligen också gå att använda laserteknik. Företag som levererar eller utvecklar alkolås idag ACS Dräger Life safer Svenska Alkolås Foxguard Protego Guardian interlock system CST Incorporated Smart Start Sens-o-lock ignition Champion Technology Saab Nordic Radio AB Autosense International Corporati.. Sepab Automative Alcohol Detection Sys. Monitech Ignition Interlock Sys. Volvo cars Utöver dessa företag som har färdiga alkolås och/eller prototyper har vi gått igenom c:a 450 patent på olika lösningar att detektera alkohol hos en fordonsförare.

14 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 14 Bränslecell Bränslecellstekniken har under många år använts av polis och kriminalvård. Fördelen med bränslecell är att den är alkoholspecifik och inte ger utslag på några andra ämnen än alkohol. Idag använder vi bränslecell i de alkolås där vi inte får riskera några felaktiga mätningar. Nackdelen med bränslecell är bl.a. att den är ganska dyr, eftersom cellen innehåller platina som i dag handlas på de internationella råvarubörderna till höga priser per ounce (1 ounce = 28,35 gram). Det innebär att oavsett om man köper kg eller ett gram så är priset per gram detsamma. Dessutom måste de atmosfäriska förhållandena kring bränslecellen vara gynnsamma för att kunna garantera ett tillförlitligt värde, bl. a. måste cellen i de flesta konstruktioner ha rätt arbetstemperatur 34 C. Så här fungerar bränslecellen i detalj Det enklaste formen av en bränslecell är uppbyggd av ett poröst lager som innehåller en elektrolyt (acidic electrolyte solution). Detta lager omges av två stycken plattor som är gjorda av platina som gas kan passera igenom. Detta packas in i ett plasthölje vilket också inkluderar en gas som gör det möjligt att mäta alkoholen i utandningsluften. Denna cell används idag inom de flesta blåstestapparater med högre kvalité som t ex polisens sållningsinstrument och andra alkoholmätare samt alkolås med höga krav på mätsäkerhet. När man blåser i ett sådant instrument kommer det att ske en kemisk reaktion inne i bränslecellen där alkohol blir ättiksyra. Bränslecell

15 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 15 Bränslecellens elektrokemiska funktion När etanolmolekyler i utandningsluften passerar genom den ena platinaplattan och kommer i kontakt med både elektrolyt och platina omvandlas etanolen till ättiksyra samtidigt som elektroner ( ) och vätejoner (+) frigörs. Vätejonerna vandrar (diffunderar) genom elektrolyten ned till den andra platinaplattan där de tillsammans med luftens syre bildar vatten. I denna process infångas en elektron. Det uppstår därför ett överskott av elektroner vid den ena platinaplattan och ett underskott vid den andra, med andra ord uppstår en elektrisk cell vars energi kommer från förbränning av etanol. Eftersom varje omvandlad etanolmolekyl frigör två elektroner utgör cellens förmåga att avge ström ett direkt mått på hur mycket etanol som omvandlats. Genom att koppla ihop dessa två olikladdade områden till en elektrisk krets så neutraliserar områdena och blir neutrala. Den ström/laddning som bildas (en topp) är en indikation på hur mycket alkohol som bränslecellen har förbrukat och ur det resultatet kan man läsa hur mycket och hur stor alkoholkoncentrationen är. Viktiga faktorer för ett tillförlitligt mätvärde En grundförutsättning för att kunna få ett alkolås med bränslecellsteknik att fungera är oftast att man tar en viss mängd utandningsluft som är lika stor i de olika proven. Detta brukar vara någon milliliter i slutet av utandningen för att provresultatet ska baseras på den s.k. djupa lungluften. Idag förekommer dock alkolås med bränslecellsteknik som likt halvledarcellstekniken tar prov på hela utandningen och inte bara den sista luften i lungorna. Då denna metod idag är en företagshemlighet kan vi av tekniska skäl inte utveckla den vidare i detta material. Störande ämnen Det som bränslecellen gör är att mäta förekomst och koncentration av olika beståndsdelar i en gas, i det här fallet bilförarens utandningsluft. Viktigast är att mätningen av alkohol blir korrekt och att andra ämnen i utandningsluften inte stör denna mätning. Dessutom måste mätningen vara tillförlitlig även efter en längre tids användning. Därför går det inte att använda dåliga komponenter i de alkolås som används till rehabiliteringsprogram (villkorlig körkortsåterkallelse) och kvalitetssäkring av transporter. Uppvärmning av låset De flesta alkolåstillverkare har idag en uppvärmningsutrustning i alkolåset. Förutsättningarna för att alkolåset skall visa ett exakt mätresultat är att temperaturen i mätenheten ligger på ca 34 C. I vissa modeller (främst trådlösa alkolås) där alkolåset

16 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 16 saknar uppvärmningsutrustning kan vissa alkolås räkna om mätvärdet för att ändå ge ett korrekt värde detta trots att man inte uppnått 34 C i mätkroppen. I dessa fall brukar bränslecellen fungera i temperaturområdet mellan -10 C C. Om temperaturen ligger över +60 C eller under -10 C så går det inte att blåsa i alkolåset innan man manuellt kylt ner alternativt värmt upp handenheten. Manuell uppvärmning kan ske innanför jackan eller mot ett element eller liknade. De alkolåstillverkare som i framtiden använder detta sätt att detektera alkohol skulle kunna komplettera sitt alkolås med en extern uppvärmningsfunktion som skulle möjliggöra att utrustningen även fungerar i kallare klimat och samtidigt får en kortare uppvärmningstid jämfört med vanliga traditionella alkolås, eftersom man inte behöver värma upp hela vägen till 34 C utan kan stanna med uppvärmningen redan vid -10 C. En fördel med bränslecellstekniken är att den är alkoholspecifik med undantag för några få ovanliga ämnen. En nackdel är det höga priset. Enbart bränslecellskomponenten kostar mellan kr och kr. Dessutom krävs kalibrering av instrument med c:a 6-12 månaders mellanrum beroende på utförande av cellen.

17 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 17 Halvledarcell Tekniken med halvledarcell, även kallad metalloxidsensor, återfinns idag i billigare alkometrar som man ofta kan köpa på bensinstationer eller via postorder. En halvledarcell mäter elektroniskt den process som uppstår när alkohol (etykalkohol) eller andra kolväteföreningar oxideras och binder syreatomer. Om en person avger ett utandningsprov som innehåller alkohol aktiveras denna process och utrustningen ger utslag. Problemet är att utandningsluft även kan innehålla ett antal andra ämnen som ger samma reaktion i mätinstrumentet. Metalloxidsensorer (halvledarceller) Med halvledartekniken reagerar cellen ofta på alla ämnen i utandningsluften som innehåller någon form av kolväten, förenklat uttryckt alla brännbara ämnen. Det innebär att t ex cigarettrök och en rad andra i utandningsluft förekommande ämnen kan ge utslag. Detta kan ge onödigt många felaktiga indikationer i utrustningen när den reagerar på andra ämnen än alkohol. Detta ska dock vägas mot att en halvledarcell bara kostar 2-3 % av vad en bränslecell kostar. Halvledarcellstekniken reagerar teoretiskt mot alkoholpåverkan och skulle kunna användas i ett alkolås där man bara kräver en blåsning och en ren startspärr. Skulle låset slå till p.g.a. t.ex. rökning så är det bara att ta ett djupt andetag och blåsa en gång till. I de fall då alkolåset skall användas för kvalitetssäkring av transporter kan det krävas att blåsningarna skall loggas för att kunna följa upp körningen. I dessa fall bör man inte välja alkolås med halvledarteknik. Ett annat problem med halvledarcellstekniken är att kalibreringsvärdena i cellen påverkas lätt. De ledande tillverkarna av cellerna varnar bl.a. för att om man inte har haft ström konstant ansluten till cellen i minst 24 timmar före användning av utrustningen så finns risk för att mätresultatet inte överensstämmer med verkligheten.

18 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 18 Halvledarcell är en benämning på en grupp komponenter som alla fyller samma funktion. Då kvaliteten på cellerna varierar oerhört mellan olika fabrikat och ibland även mellan celler i samma produktionsserie så bör de alkolåstillverkare som använder denna teknik välja komponenter med omsorg. Halvledarceller har idag en mängd olika namn bl.a.: halvkippare, Taguchisensor, semiconductorcell, Figarosensor, gassensor, tennoxidcell, MOS-teknik (MOS står för metalloxidsensor) m.m. Gemensamt för denna typ av teknik är att den mäter förekomsten av mättade kolväten i utandningsluften. Halvledarcellens funktion i detalj En halvledarcell eller metalloxidsensor består av en uppvärmningsenhet och ett syreavkännande tennoxidskikt. 4 Sensorn mäter syrekoncentrationen på metalloxidsensorns yta. Finns en reducerande gas i utandningsluften så binder den syre vilket får detektorns värde att ändras. En halvledarcell som används för detektering av etanol kan därför ge utslag också på andra förekommande ämnen i utandningsluften som t.ex. aceton (kan finnas hos diabetiker), metan, acetaldehyd och isopropanol mm. Är en människa påverkad av alkohol innehåller utandningsluften alkoholmolekyler och detektorn ger utslag. Detsamma gäller om personen nyligen har rökt eller intagit någon annan vätska som är brännbar. Bilar utrustade med alkolås med halvledarcell har bl.a. under vissa förhållanden fått startproblem efter besök på bensinstationer om bensinångor trängt in i kupén. Detta problem är dock inte så stort problem i Sverige eftersom de flesta bensinpumpar är utrustade med återsug av bensinångor. För att en halvledarcell av detta slag ska fungera bra måste den först upphettas till en hög temperatur, från 160 till 300 C. Detta medför att sensorn kan jobba snabbt och att eventuell fukt dunstar. Då en halvledarcell, vid en viss temperatur, utsätts för syrgas (O 2 ) blir den även negativt laddad, dvs. elektronerna får det svårt att ta sig över den resistansbarriär som bildas under den kemiska reaktion (oxidering) som uppstår. Detta leder till att en hög spänning bildas. Den högsta spänning som kan uppnås är 5 volt. När sensorerna sedan utsätts för en reducerande gas, tex. kolmonoxid (CO), blir resistansen lägre. Det blir då lättare för elektronerna att ta sig över barriären, vilket betyder att spänningen sjunker. Dessa spänningssignaler omvandlas till ett mätvärde vilket gör att bilen inte går att starta om föraren har en alkoholhalt över den lagliga gränsen. Själva uppvärmningen av sensorn (Vh) sker med 5 V, vilket är samma spänning som sensorerna behöver (Vc) för att kunna arbeta. En sensor av detta slag har en mätkropp och 6 ledare som vi här kan benämna 1,3,4,6 samt A och B. Den spänning som uppstår i halvledarcellen vid test av en gas finner man mellan punkterna 1 och 3 respektive 4 och 6. denna spänning tas regelbundet ut mellan punkterna A och B. Det är dessa värden som skickas vidare till ett I/O-kort för bearbetning. Denna process upprepas

19 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 19 under hela utförandet. Halvledarcellen består av ett syreavkännande tennoxidskikt och ett av problemen med utrustningen är att det vid oregelbunden användning av utrustningen bildas oxid på plattorna och att resultatet då blir missvisande. En förutsättning för att oxid inte skall bildas är att halvledarcellen alltid ligger med konstant ström. Då kan kalibreringen, enligt genomförda tester, hålla sig stabil inom rimliga gränser. 5 Om utrustningen ligger en längre tid utan konstant ström och bara aktiveras vid användandet kan man se att av en serie på tio utandningsprov brukar utrustningens mätning av de första 3-4 proven oftast visa ett för lågt värde i förhållande till det verkliga värdet. Mätningen av utandningsprov nummer 4-6 brukar ligga någorlunda rätt mot sant värde. De resterande avslutande utandningsproven brukar oftast ge ett för högt värde i mätutrustningen i förhållande till det verkliga värdet. Halvledarteknik används främst i alkolås avsedda för privatpersoner inom ramen för typ PV (Private vehicles). Teoretiskt skulle även alkolås med halvledarcellsteknik kunna användas både i privata fordon och vid kvalitetssäkring av transporter. Det finns dock skäl att fundera på om man verkligen kan sätta låset på 0,2 promille (lagstadgad gräns för rattfylleri) med tanke på att mätresultaten oftast inte är helt hundraprocentiga. Snarare bör dessa lås vara inställda på 0 eller max 0,10 promille. En annan viktig faktor att ta hänsyn vid val av alkolås för kvalitetssäkring av transporter är fackförbundens inställning. Då alkolås med halvledarceller inte är alkoholspecifika kan det innebära att man anklagar personal för att ha alkoholproblem när de bara har rökt en cigarett eller liknande. Dessutom kan förare hamna i situationer där den personliga integriteten kränks, tex. när en buss inte startar och passagerarna misstänker rattfylleri.. Fördelarna med denna teknik är det låga priset, den enkla tekniken och de små dimensionerna. Nackdelarna är främst att den reagerar på många olika typer av kolväten samt att metalloxidsensorer kräver en kontinuerlig tillförsel av ström (värme) för att resultaten ska bli stabila och tillförlitliga, vilket medför hög strömförbrukning jämfört med t.ex. bränsleceller. Det bör tilläggas att halvledarcellstekniken idag är under stark utveckling, både för mätningar inom miljöområdet och för medicinsk användning. Redan idag kan specificiteten vid mätningar med metalloxidsensorer förbättras avsevärt genom adekvat temperaturjustering och tillförande av s.k. dopanter (ex. zinkoxid, molybdenoxid eller kadmiumsulfid) i halvledarmaterialet vilket ökar konduktiviteten (den elektriska ledningsförmågan). Halvledarcellerna kan också få praktisk betydelse i den pågående utvecklingen av s.k. elektroniska näsor.

20 Rapport, projektet Kvalitetsprovning av alkolås, Skyltfonden 20 Kalibrering av halvledarcell Då det har varit mycket svårt att få leverantörerna i Sverige att lämna ifrån sig tillförlitlig information om hur ofta kalibrering på halvledarceller behöver utföras, så utgår vi ifrån erfarenheter från främst USA där man bekräftar att kalibrering på denna typ av utrustning måste ske oftare än med exempelvis bränslecell. Kalibreringsintervallen beror dock på hur ofta alkolåset används och om ström tillförts kontinuerligt. Tyvärr så kan det innebära att alkolås med halvledarcellsteknik måste kalibreras i intervaller mellan två och tolv veckor beroende på de tekniska förutsättningarna. Med anledning av ovissheten kring halvledarcellstekniken har MHF:s eget testlaboratorium startat långtidstester av olika utrustningar med halvledarcellsteknik. För aktuellt resultat av testerna kontakta Tomas Jonsson eller besök