簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法中五氣分析儀的日常標(biāo)定／檢查及其影響因素的分析

簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法中五氣分析儀的日常標(biāo)定/檢查及其影響因素的分析余文永;黃清鳳;黃小偉;陳秋昊【摘要】Five-gasanalysismeterisusedtodetecttheamountofexhaustpollution.Dailycalibrationandexaminationiseffectivewaytoensuretheconformanceofequipment.Combiningnationalstandardsandourworkexperience,theinfluencingfactorsinthecalibrationandexaminationoffive-gasanalysisme-terweresummarizedandanalyzedinthispaper.%在機(jī)動(dòng)車排氣檢測(cè)工作中，檢測(cè)設(shè)備的符合性是十分重要的環(huán)節(jié)。廣州市自2011年起對(duì)輕型汽油車采用簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法進(jìn)行檢測(cè)，五氣分析儀是檢測(cè)排氣污染物濃度的分析儀器，日常的標(biāo)定/檢查是確保五氣分析儀符合性的有效手段。本文依據(jù)國(guó)家相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合三年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和分析了五氣分析儀標(biāo)定/檢查的影響因素，并對(duì)常見的問(wèn)題給出了處理方法。旨在能為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，為儀器設(shè)備的有效運(yùn)行和檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障?！酒诳Q】《分析儀器》【年(卷)，期】2015(000)002【總頁(yè)數(shù)】6頁(yè)(P74-79)【關(guān)鍵詞】排氣檢測(cè);簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法;五氣分析儀;標(biāo)定;檢查【作者】余文永;黃清鳳;黃小偉;陳秋昊【作者單位】廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣州510030；廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣州510030;廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣州I510030;廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣州I510030【正文語(yǔ)種】中文隨著機(jī)動(dòng)車保有量和環(huán)境空氣污染壓力的不斷加大，廣州市政府管理部門也不斷加大在用車的排氣污染防治工作力度，2010年5月，由市環(huán)保局、市公安局、市交委和市質(zhì)監(jiān)局四部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施機(jī)動(dòng)車排氣污染定期檢查與強(qiáng)制維護(hù)制度的通告》（穗環(huán)〔2010〕75號(hào)），并于2011年6月正式實(shí)施機(jī)動(dòng)車排氣污染定期檢查與強(qiáng)制維護(hù)制度［1］。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和廣州市機(jī)動(dòng)車排氣監(jiān)管需要，廣州市輕型汽油車的排氣檢測(cè)方法采用簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法，重型汽油車和全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)車輕型汽油車采用雙怠速法。根據(jù)GB18285-2005《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）》［2］（以下簡(jiǎn)稱GB18285-2005）的要求，汽油車排氣檢測(cè)中，簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法和雙怠速法均須使用氣體分析儀進(jìn)行污染物濃度的分析，其中，簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法使用五氣分析儀（HC、CO、CO2、NO和O2）,雙怠速法使用四氣分析儀（HC、CO、CO2和O2）。氣體分析儀是汽油車排氣檢測(cè)的重要設(shè)備，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性有直接影響，其日常標(biāo)定/檢查是保障設(shè)備符合性和結(jié)果準(zhǔn)確性的有效手段。由于簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法對(duì)氣體分析儀的精度和功能要求比雙怠速法高，滿足簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法要求的五氣分析儀也能適用雙怠速法的檢測(cè)要求，為此廣州市配備的氣體分析儀均為五氣分析儀。本文通過(guò)三年日常監(jiān)督檢查的積累，分析廣州市60多家排氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)在用的4個(gè)品牌五氣分析儀使用情況，并通過(guò)不同品牌分析儀的比對(duì)測(cè)試和不同級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)氣體的使用效果測(cè)試，總結(jié)分析了五氣分析儀日常標(biāo)定/檢查的影響因素，并對(duì)常見問(wèn)題提出推薦性處理方法，同時(shí)對(duì)氣體分析儀的使用和要求提出建議性意見。簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法中五氣分析儀應(yīng)符合GB18285-2005和HJ/T290-2006《汽油車簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法排氣污染物測(cè)量設(shè)備技術(shù)要求》［3］（以下簡(jiǎn)稱HJ/T290）的要求，必須配備檢測(cè)HC、CO和CO2不分光紅外檢測(cè)平臺(tái)及NO傳感器和02傳感器，氣體壓力傳感器，相應(yīng)的可控電磁閥和可控泵，反吹裝置，校準(zhǔn)端口等元件，能按規(guī)定計(jì)算入值（過(guò)量空氣系數(shù)）和計(jì)算PEF值（名義丙烷當(dāng)量系數(shù)），并具備測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)境的溫度、大氣壓、濕度和油溫等功能，各種功能能夠通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸在工控軟件EIS系統(tǒng)控制下操作。廣州市現(xiàn)有60多家排氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)，使用的五氣分析儀有福立、南華、鳴泉、佛分等4個(gè)品牌，相關(guān)工控軟件有7個(gè)。根據(jù)GB18285-2005，兩種檢測(cè)方法進(jìn)行標(biāo)定/檢查時(shí)的精度要求見表1。精度要求滿足相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差任一項(xiàng)即可，實(shí)際操作時(shí)，可取絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的較大者，還有PEF值（名義丙烷當(dāng)量系數(shù)）要求在0.49~0.54范圍。從表1可見，除了5001x10-6-9999x10-6vol量程的HC精度要求外，簡(jiǎn)瞬態(tài)工況法的精度要求嚴(yán)于雙怠速法，如果設(shè)備經(jīng)標(biāo)定/檢查符合簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法要求，同時(shí)也符合雙怠速法檢測(cè)方法的要求。根據(jù)GB18285-2005,五氣分析儀的檢測(cè)方法要求、工作環(huán)境要求、設(shè)備要求見表2。用于標(biāo)定/檢查的標(biāo)準(zhǔn)氣體有HC、CO、C02、N0、02和N26種成分，其中，高純氮?dú)庥糜趦x器零點(diǎn)調(diào)零，作用是零點(diǎn)校正和清空氣室殘留；其它5種成分的高量程標(biāo)準(zhǔn)氣體用于儀器的標(biāo)定，低量程標(biāo)準(zhǔn)氣體用于儀器的檢查。根據(jù)GB18285-2005要求，標(biāo)準(zhǔn)氣體需使用不確定度1%,（簡(jiǎn)稱一級(jí)氣）。氣體種類及其要求見表3。依據(jù)GB18285-2005要求，標(biāo)定/檢查步驟可分3個(gè)步驟，先使用高量程標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定，再使用低量程標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢查，然后計(jì)算和判定檢查結(jié)果。抽氣（清殘留）一通高純氮?dú)庹{(diào)零（清殘留和零點(diǎn)校正）一通高量程標(biāo)準(zhǔn)氣體，記錄名義丙烷當(dāng)量系數(shù)PEF值-測(cè)量值穩(wěn)定后，按確定進(jìn)行校準(zhǔn)（校正設(shè)備）。抽氣（清殘留）一通高純氮?dú)猓ㄇ鍤埩簦┮煌ǖ土砍虡?biāo)準(zhǔn)氣體，記錄名義丙烷當(dāng)量系數(shù)PEF值-測(cè)量值穩(wěn)定后，按確定進(jìn)行記錄（保存低標(biāo)檢查結(jié)果）。觀察通入高量程標(biāo)準(zhǔn)氣體和低量程標(biāo)準(zhǔn)氣體的2個(gè)PEF值是否符合0.49~0.54的要求；HC、CO、CO2、NO和025個(gè)項(xiàng)目測(cè)量值和標(biāo)氣的標(biāo)準(zhǔn)值比較，各項(xiàng)的精度要求須滿足相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差任一項(xiàng)。需要注意的是，HC的標(biāo)準(zhǔn)值是標(biāo)氣的丙烷標(biāo)準(zhǔn)值乘以低量程標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)的PEF值；在用的分析儀中，設(shè)備顯示的HC測(cè)量值是經(jīng)PEF值修正計(jì)算的數(shù)值。標(biāo)定/檢查操作必須在工況軟件EIS的控制下進(jìn)行，工況軟件能按3.1的步驟操作，并具備下列功能：控制標(biāo)定氣、檢查氣、環(huán)境空氣和零氣等進(jìn)氣口的開關(guān)；選擇標(biāo)定或檢查功能；顯示HC、CO、C02、NO和02及PEF并值等項(xiàng)目測(cè)量值，并可錄入不同量程標(biāo)氣的標(biāo)準(zhǔn)值；標(biāo)氣檢查的操作應(yīng)設(shè)置測(cè)量響應(yīng)時(shí)間，檢查完成后自動(dòng)計(jì)算顯示各項(xiàng)目的測(cè)量誤差（包括相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差）和判定結(jié)果；可根據(jù)標(biāo)氣的成分分別或組合進(jìn)行HC、CO、CO2、NO、O2的標(biāo)定和檢查，結(jié)果各自保存和整合并實(shí)時(shí)上傳到環(huán)保管理部門的信息管理系統(tǒng)。定期標(biāo)定/檢查是保證分析儀有效性和準(zhǔn)確性的必要手段，是檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的有效質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)。關(guān)于五氣分析儀標(biāo)定/檢查操作頻率，GB18285-2005中未對(duì)簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法進(jìn)行說(shuō)明；HJ/T290-2006的要求是：儀器經(jīng)標(biāo)定/檢查后，在每次新的檢測(cè)開始前，必須進(jìn)行HC、CO、CO2和NO的零點(diǎn)校正和O2的量距點(diǎn)校正；五氣分析儀最近一次的校準(zhǔn)日期應(yīng)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)或硬盤內(nèi)，并在狀態(tài)面中顯示，如果非易失性存儲(chǔ)器或硬盤更換時(shí)造成日期和時(shí)間變動(dòng)超過(guò)48小時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)/檢查?？梢娺@兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均未有具體要求。廣州市在用的4個(gè)品牌的五氣分析儀說(shuō)明書，要求標(biāo)定/檢查頻率為3~6個(gè)月一次。說(shuō)明設(shè)備生產(chǎn)者認(rèn)為其生產(chǎn)的五氣分析儀經(jīng)標(biāo)定/檢查合格后，設(shè)備可穩(wěn)定3個(gè)月或以上。廣州市經(jīng)過(guò)對(duì)在用全部品牌的五氣分析儀穩(wěn)定性進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)后，考慮到排氣檢測(cè)—般集中在工作日，而且檢測(cè)數(shù)量較大，平均每家檢測(cè)機(jī)構(gòu)日檢測(cè)量在80-120輛，綜合時(shí)間、數(shù)量、設(shè)備穩(wěn)定性等因素規(guī)定檢測(cè)機(jī)構(gòu)標(biāo)定/檢查操作頻率為每周一次，管理部門結(jié)合巡查進(jìn)行不定期抽查［4］。目前全市檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照1次/每周的頻率進(jìn)行日常標(biāo)定/自檢，在每周第一個(gè)工作日進(jìn)行，如工作日間斷，則需在新工作的第一天進(jìn)行標(biāo)定/自檢，結(jié)果經(jīng)監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳環(huán)保管理部門報(bào)備；環(huán)保部門不定期對(duì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽查，預(yù)防出現(xiàn)監(jiān)管上的漏洞。不分光紅外檢測(cè)平臺(tái)和NO傳感器、02傳感器是影響五氣分析儀精度的關(guān)鍵部件。經(jīng)檢定合格的分析儀，如不進(jìn)行恰當(dāng)?shù)娜粘＞S護(hù)，會(huì)使不分光紅外檢測(cè)平臺(tái)和NO傳感器、02傳感器精度降低，檢測(cè)值不準(zhǔn)確；而NO傳感器和02傳感器的使用壽命一般為1年至1.5年，正常使用超過(guò)一定時(shí)間，它們的精度會(huì)下降，且響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，造成檢測(cè)值不準(zhǔn)確。GB18285-2005要求標(biāo)定/檢查時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體精度為一級(jí)氣，即不確定為1%。不確定度越大，引入的誤差也會(huì)加大。目前國(guó)家計(jì)量研究院供應(yīng)的一級(jí)標(biāo)氣，有HC、CO、C02和NO是四組分混合氣體，也有NO獨(dú)立配置，其它三組分組成混合氣體，NO獨(dú)立配置能提高標(biāo)氣穩(wěn)定性。根據(jù)表1分析儀的精度要求，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差滿足任一項(xiàng)即可，可取絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的較大者，對(duì)于低量程的標(biāo)準(zhǔn)值，一般情況多以絕對(duì)誤差衡量。我們采用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，HC的精度要求為4x10-6，低標(biāo)檢查要達(dá)到要求有—定難度，而NO的精度要求為25x10-6，低標(biāo)檢查可以達(dá)到要求。由于NO標(biāo)氣配置要求較高，能供應(yīng)一級(jí)氣的廠家較少，都到國(guó)家計(jì)量院采購(gòu)一級(jí)標(biāo)氣，其時(shí)間和數(shù)量難以保障，結(jié)合比對(duì)測(cè)試結(jié)果，本地采用準(zhǔn)一級(jí)氣，其HC、CO、CO2不確定為1%,NO不確定為2%，以解決和滿足標(biāo)準(zhǔn)氣體精度對(duì)標(biāo)定/檢查的要求。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氣體的通入的壓力，不同品牌的五氣分析儀在儀器使用說(shuō)明書中明確，廣州在用的儀器中主要是控制在0.02MPa或0.1MPa兩種，主要是控制限定壓力下進(jìn)入氣室的氣體流量符合設(shè)備設(shè)定要求（一般流量要求為約20mL/s）。如果通入的氣壓和規(guī)定氣壓不符，會(huì)導(dǎo)致標(biāo)定/檢查結(jié)果不準(zhǔn)確。如果通入氣體壓力過(guò)低時(shí)，設(shè)備響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)量值偏低；通入氣體壓力過(guò)高時(shí)，有的設(shè)備測(cè)量值偏高，而且氣體的消耗量大。在日常標(biāo)定/檢查時(shí)，常見的問(wèn)題主要是檢查結(jié)果整體偏低、整體偏高、個(gè)別項(xiàng)目偏低、響應(yīng)及穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及測(cè)量值穩(wěn)定的判定等五個(gè)方面。標(biāo)定前未用高純氮?dú)庾鳛榱銡庹{(diào)零簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法對(duì)五氣分析儀的精度要求高，如果用空氣調(diào)零，環(huán)境空氣污染物會(huì)影響零點(diǎn)校正，致使各項(xiàng)目檢查時(shí)結(jié)果偏低。正確的操作是：標(biāo)定前抽氣后需通入高純氮?dú)庾鳛榱銡膺M(jìn)行儀器調(diào)零。五氣分析儀的精度下降如果氣室有積塵或有液體進(jìn)入氣室，會(huì)導(dǎo)致不分光紅外檢測(cè)平臺(tái)、NO傳感器和O2傳感器精度下降，甚至直接報(bào)廢。五氣分析儀進(jìn)行排氣檢測(cè)時(shí)外接取樣系統(tǒng)，如果五氣分析的濾芯和取樣系統(tǒng)的濾芯未及時(shí)更換，取樣系統(tǒng)水分離器的液體未及時(shí)清理，被灰塵和液體進(jìn)入氣室會(huì)嚴(yán)重影響分析儀精度。正確的操作是：排氣檢測(cè)時(shí)需及時(shí)更換幾級(jí)濾芯，做好水分離器清理工作，特別是某些氣候條件下機(jī)動(dòng)車尾氣的水蒸氣濃度過(guò)高，同時(shí)還需防止在用水清洗車輛排氣管水未排干的情況下對(duì)車輛進(jìn)行檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)氣體壓力偏低如果通入標(biāo)準(zhǔn)氣體壓力偏低時(shí)，設(shè)備響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)且測(cè)量值偏低。正確的操作是：根據(jù)儀器使用說(shuō)明書的要求控制氣體壓力。目前解決方式有兩種，一種是五氣分析儀出廠時(shí)已在進(jìn)氣口增加穩(wěn)流或穩(wěn)壓裝置，第二種是，如果分析儀無(wú)相關(guān)穩(wěn)定裝置的，采取在連接標(biāo)氣瓶和進(jìn)氣口間外接轉(zhuǎn)子（浮子）流量計(jì)，這兩種方式都是確保進(jìn)入氣室的氣體氣壓符合設(shè)備規(guī)定氣壓。在進(jìn)氣口安裝穩(wěn)流或穩(wěn)壓裝置，是部分較為先進(jìn)五氣分析儀使用的方式，使設(shè)備受外界的影響較小，既方便操作，又節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)氣體；夕卜接轉(zhuǎn)子（浮子）流量計(jì)，是化解五氣分析儀的結(jié)構(gòu)缺陷，控制標(biāo)準(zhǔn)氣體壓力的較為可行和經(jīng)濟(jì)有效的方法。通入標(biāo)準(zhǔn)氣體壓力偏高時(shí)，檢查測(cè)量值會(huì)出現(xiàn)整體偏高，而且會(huì)造成標(biāo)準(zhǔn)氣體的消耗量過(guò)大。正確的操作是：根據(jù)儀器使用說(shuō)明書的要求控制氣體壓力?？蓞⒖?.1的第三項(xiàng)的操作。個(gè)別項(xiàng)目偏低。人員操作有誤或標(biāo)準(zhǔn)氣體不合符要求。正確的操作是：重新進(jìn)行標(biāo)定/檢查，仔細(xì)檢查標(biāo)準(zhǔn)氣體的精度、有效期是否符合要求，注意錄入標(biāo)準(zhǔn)值和選擇標(biāo)定/檢查的項(xiàng)目必須正確，并嚴(yán)格按照3.1的步驟操作。NO或O2項(xiàng)目偏低可能是NO或O2傳感器老化。正確的操作是：在排除人為操作因素和標(biāo)準(zhǔn)氣體等因素后，重新進(jìn)行標(biāo)定/檢查仍然出現(xiàn)結(jié)果偏低現(xiàn)象，須更換NO或02傳感器；02傳感器有效壽命一般為1年，NO傳感器有效壽命一般為1年至1.5年。檢查前未用高純氮?dú)?零氣)清除殘留物。如果檢查前只抽空氣反吹，未通入高純氮?dú)?，?huì)造成影響成分清除不徹底，使通入檢查氣達(dá)到濃度值穩(wěn)定的時(shí)間變長(zhǎng)，氣室內(nèi)的不分光紅外檢測(cè)平臺(tái)和O2傳感器和NO傳感器有殘留而導(dǎo)致檢查結(jié)果偏差大。NO傳感器容易有吸附，特別是標(biāo)定和檢查間隔的時(shí)間較短，有時(shí)設(shè)備剛剛顯示NO為零，其實(shí)仍然有殘留物。正確的操作是：檢查前用高純氮?dú)馇謇須馐?，最好在NO顯示為零后繼續(xù)通氣5秒。在通入標(biāo)準(zhǔn)氣體后，須判定測(cè)量值的穩(wěn)定再進(jìn)入下一步的操作，否則會(huì)影響標(biāo)定/檢查的準(zhǔn)確度。正確的操作是：根據(jù)不同項(xiàng)目分析方法的特點(diǎn)，HC、CO和CO2要保持5秒不波動(dòng)可判定測(cè)量值穩(wěn)定，NO和O2兩項(xiàng)約10秒內(nèi)在小范圍內(nèi)波動(dòng)可判定測(cè)量值穩(wěn)定。在工控軟件設(shè)定的標(biāo)定/檢查操作功能中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備響應(yīng)時(shí)間，計(jì)算設(shè)備響應(yīng)至穩(wěn)定的時(shí)間，即通入符合規(guī)定氣壓的檢查氣體到檢測(cè)值達(dá)到穩(wěn)定的總體時(shí)間，目前廣州在用的分析儀一般設(shè)置時(shí)間在15~20秒。GB18285-2005已頒布實(shí)施近10年，建議根據(jù)實(shí)施情況進(jìn)行修改。通過(guò)3年實(shí)踐和應(yīng)用，我們建議對(duì)于簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法中五氣分析儀的標(biāo)定/檢查環(huán)節(jié)可明確和完善以下相關(guān)內(nèi)容。有關(guān)五氣分析儀的精度要求。根據(jù)GB18285-2005中簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法五氣分析儀四個(gè)項(xiàng)目的精度要求，HC要求為4x10-6vol，比雙怠速法的要求12x10-6vol、穩(wěn)態(tài)工況測(cè)量法10x10-6vol相比，精度要求較高，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，按照目前的設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)氣體的狀況，達(dá)到精度要求有一定難度，建議考慮將HC精度要求放寬到U6x10-6vol。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)氣體的精度要求。由于NO穩(wěn)定性較低，標(biāo)氣配置要求較高，能供應(yīng)一級(jí)氣的廠家較少，同時(shí)依據(jù)低量程的精度要求，適當(dāng)放寬不同項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)氣體的精度要求，建議可根據(jù)各地實(shí)際情況，選用不確定為2%的NO標(biāo)準(zhǔn)氣體。有關(guān)氧氣標(biāo)準(zhǔn)氣體的要求。GB18285-2005中簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況法只提及濃度約為2