...标准装置对大气采样器测量结果的不确定度评定.pdf

马芬++方舟

[摘 要]烟尘采样器应用于多种领域，烟尘采样器流量的准确可靠，直接影响着烟尘浓度的计算。本人结合多年工作经验，对烟尘采样器测量结果的不确定度评估的各项情况进行了论述。

[关键词]烟尘采样器；测量结果；不确定度；评估

中图分类号：S253 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0035-01

引言

烟尘采样器可以根据各种传感器检测到的静压、动压、温度及含湿量等参数，自动计算出烟气流速和等速跟踪流量。市面上，大多数烟尘采样器应用皮托管平行采样法采集固定污染源排气中的颗粒物，烟尘采样器流量的准确可靠，直接影响着烟尘浓度的计算，为了更好地进行检定工作，保证环境污染治理工程监测效果等工作的顺利进行，需要准确可靠科学的计量器具。

1 烟尘采样器工作原理

1.1 颗粒物等速采样原理

测试仪根据各种传感器检测到的静压、动压、温度及含湿量等参数，自动计算出烟气流速和等速跟踪流量。测控系统将该流量与流量传感器检测到的流量相比较，计算出相应的控制信号，由该信号控制电路做出调整，使抽气泵的流量发生变化，最终使测试仪的实际流量与计算的采样流量相等，实现测试仪的等速采样。

1.2 空气过剩系数测量原理

测试仪检测出O2的浓度，根据检测到的O2浓度，换算出空气过剩系数α。

1.3 含湿量测量原理

微处理器控制传感器采集湿球、干球表面温度以及通过湿球表面的压力，结合大气压，同时根据湿球表面温度自动查出该温度下的饱和水蒸气压力，计算出烟气含湿量。

1.4 气体浓度测量原理

抽取含有特定气体的烟气，进行除尘、脱水处理后通过电化学传感器，发生电化学反应，传感器输出的电流大小在一定条件下与气体的浓度成正比，所以通过测量传感器输出的电流即可计算出气体的瞬时浓度；同时根据检测到的烟气排放等参数计算出气体的排放量。

2 当前烟尘采样器存在的问题

烟尘采样器是用于测量烟道、烟囱及一般含尘管道中气体的粉尘浓度的仪器，将烟尘采样管由采样孔放入烟道中，将采样嘴置于测点上，正对气流方向，按等速采样要求抽取一定量的含尘气体，根据滤筒捕集的烟尘重量以及抽取的气体体积，计算颗粒物的排放浓度及排放总量。目前进行监测的计量器具中存在有些设备精度和稳定性均达不到要求；有些设备波动大，稳定性差，测量数据不准确。环保计量器具不准确，使得设备本身数据达不到计量要求和测量要求，影响实际测量数据的准确性和前期数据的规划，使得计量器具无法满足环保监测的需要。对于环保计量器具尤其是烟尘采样器进行检定装置测量不确定度评价，可以得到更准确的监测数据。

3 烟尘采样器不确定度分析与评定

3.1 测量模型

式中：—采样流量误差，%；

qmax—被检粉尘采样器采样流量范围的最大值，L/min；

qv—被检粉尘采样器示值，L/min；

—两次采样流量测量值的平均值，L/min。

3.2 各输入量的标准不确定度分量的评定

3.2.1 测量重复性造成的不确定度u1

根据JJG680-2007《烟尘采样器检定规程》6.3.3条款，在相同条件下对同一台烟尘采样器在40L/min示值处重复测量10次，得到测量值（L/min）为：40.5、40.8、40.9、40.2、40.6、40.5、40.0、40.8、40.6、40.8。

单次测量值的实验标准差

规程中规定检定以重复测量2次取平均值为观测结果，所以，

3.2.2 标准流量计检定装置引入的不确定度分量

从中国计量科学研究院所提供的校准证书上来看，提供的扩展不确定度在1.00%～1.02%范围内，k=2。则u1=1.02%/2=0.51%。

3.2.3 标准流量计同被检充量计的链接气密性引入的不确定度分量

被检采样器与标准设备链接时，二者之间的管路选择橡胶管，接头的位置极少出现漏气、泄气等问题，所以，气密性对采样器检定结果的影响较小，可以不予考虑。

3.2.4 检定装置最小分辨率引入的不确定度分量

检定装置的最小分辨率为0.01L/min，按均匀分布考虑，则有：u5=0.01%。

3.2.5 测量重复性引入的不确定度大于分辨力引入的不确定度，测量重复性引入的不确定度分量代替最小分辨力引入的不确定度，因此uq=u1=0.21L/min

3.2.6 气压计引入的不确定度分量

由校准证书提供的不确定度为0.8hpa，k=2。考虑到测试时的大气压为97.5Kpa，则u3=0.8hpa/2/97.5kpa×100%/2=0.4%。

3.2.7 输入量qvs的不确定度分量

1）标准装置引入的不确定度分量。由国家计量院校准报告，标准

装置流量扩展不确定度最大为1.0%，按正态分布包含因子k=2，则其引入的相对不确定度分量为：urs1=1.0%/2=0.50%，其中灵敏系数Crs1=1。

2）标准装置内气体温度TS测量不确定度分量。由标准装置使用说明书，温度TS测量范围（-30～50）℃，示值误差≤±1℃，按均匀分布，则标准装置气体温度TS的相对不确定度分量为：

Urs3=a/（k*Ts）*100%=1（*Ts）*100%

根据检定规程，检定环境温度为（10～35）℃，Urs3最大约为0.20%，灵敏系数Crs3=-1。

以上各输入量间不相关，故输入量qvs引入的相对不确定度分量为：

3.3 合成标准不确定度及扩展不确定度评定

（1）灵敏系数由数学模型求偏导得：uri（V）的灵敏系数C3=1/10qs≈1/300（min/L）；uri（qs）的灵敏系数C4=-V/10qs2≈-1/30（min2/L）。

（2）合成标准不确定度因為输入量V与qs不相关，采样器累积流量示值误差的合成标准不确定度为：

（3）扩展不确定度

取包含因子k=2，则扩展不确定度U=k*Uc（）=2*1.4%≈2.8%

结束语

总而言之，通过现场考核不确定度评价，发现目前烟尘类计量器具存在数据不稳、数值偏差大、实际检测数据不稳定等问题，仪器数据采集方面的准确性、灵敏度和稳定性需进行提高，同时可以增加二十四小时远程监控，克服人为因素影响。

参考文献

[1] 蒋靖坤，邓建国，李振，马子轸，周伟，张强，段雷，郝吉明.双级虚拟撞击采样器应用于固定污染源PM_（10）和PM_（2.5）排放测量[J].环境科学，2016，37（06）.

[2] 何一波.影响总悬浮颗粒物采样器量值的关键因素及测量值的不确定度评定[J].计量与测试技术，2016，43（06）：107-108.