輕型汽車蒸發(fā)污染物排放測(cè)量不確定度評(píng)定

覃馨瑩

（廣東汽車檢測(cè)中心有限公司，廣東 佛山 528061）

1 測(cè)量概述

根據(jù)GB 18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》中附錄 F的規(guī)定，蒸發(fā)污染物排放試驗(yàn)用于確定由于晝夜溫度波動(dòng)、停車期間熱浸所產(chǎn)生的THC（碳?xì)湮廴疚锱欧帕?，以下?jiǎn)稱為THC），測(cè)定熱浸THC排放(1h)、測(cè)定晝夜換氣THC排放(24h)，車輛蒸發(fā)污染物排放總量為熱浸THC排放與晝夜換氣THC排放之和。為了評(píng)定輕型汽車蒸發(fā)污染物排放總量測(cè)量結(jié)果的置信水平及置信范圍，本文將對(duì)輕型汽車蒸發(fā)污染物排放總量的測(cè)量進(jìn)行不確定度的評(píng)定，評(píng)定所依據(jù)的方法為JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。文中測(cè)量THC的所使用設(shè)備型號(hào)為MEXA-1170的HFID，所使用密閉室的基本體積為66.2m3。

根據(jù)JJF 1059.1-2012對(duì)不確定度的評(píng)定方法，其流程如下圖1：

圖1 不確定度評(píng)定流程

2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)GB 18352.5-2013，蒸發(fā)污染物排放量由THC濃度、密閉室內(nèi)溫度和壓力的初始讀數(shù)和終了讀數(shù)以及密閉室的凈容積計(jì)算得到，根據(jù)測(cè)量原理及設(shè)備原理建立如下數(shù)學(xué)模型公式（1）：

即，單次取樣結(jié)果計(jì)算公式（2）如下：

MTHC為碳?xì)浠衔镔|(zhì)量，單位為 g；k為1.2×（12+H/C），H/C為碳?xì)浔龋瑢?duì)于晝夜換氣試驗(yàn)，H/C取2.33；對(duì)于熱浸試驗(yàn)，H/C取2.20（在本文中可將k看做常數(shù)）；V為經(jīng)汽車容積（車窗和行李箱打開(kāi)）校正后的密閉室凈容積，如果未確定汽車容積，則減去 1.42m3；CTHC為密閉室內(nèi) THC濃度，ppmC1當(dāng)量；P為密閉室內(nèi)壓力，kPa；T為密閉室內(nèi)環(huán)境溫度，K；i為初始讀數(shù)下標(biāo)；

f：終了讀數(shù)下標(biāo)。

蒸發(fā)污染物總量Mtest由熱浸THC排放MTHC,1h與晝夜換氣THC排放MTHC,24h之和決定，即：

3 測(cè)量不確定度來(lái)源分析

由數(shù)學(xué)模型分析得到不確定度主要來(lái)源由THC濃度、密閉室內(nèi)環(huán)境溫度和壓力構(gòu)成，在這些輸入量的測(cè)量過(guò)程中，人員操作重復(fù)性、被測(cè)樣品穩(wěn)定性、密閉室體積變化、密閉室內(nèi)濕度等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響。該數(shù)學(xué)模型顯然沒(méi)有包括所有測(cè)量不確定度來(lái)源，用魚(yú)刺圖（圖 2）來(lái)分析影響測(cè)量不確定度的各個(gè)分量，對(duì)這些分量可用A、B兩類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。對(duì)于人員操作、被測(cè)樣品穩(wěn)定性、密閉室體積變化、密閉室內(nèi)濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響用A類評(píng)定方法。對(duì)于密閉室內(nèi)溫度、密閉室內(nèi)壓力、測(cè)量CTHC時(shí)HFID的線性、重復(fù)性、零漂以及標(biāo)氣帶來(lái)的不確定度使用B類評(píng)定方法。

圖2 不確定度影響構(gòu)成

4 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

人員操作的重復(fù)性、被測(cè)樣品穩(wěn)定性、密閉室體積變化、密閉室內(nèi)濕度都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，由此帶來(lái)的不確定度分量可采用A類評(píng)定方法，在相同條件下獨(dú)立進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，取得一組測(cè)量結(jié)果。使用極差法計(jì)算單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差uA，，n為測(cè)量次數(shù)，R為n次測(cè)量的極差，C為極差系數(shù)1.69（根據(jù)JJF 1059.1-2012中4.3.2.3查表得到）。測(cè)量及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表1：

表1 A類評(píng)定測(cè)量及計(jì)算結(jié)果

5 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

根據(jù)數(shù)學(xué)模型可知，B類不確定度由HFID測(cè)得的CTHC不確定度uCTHC、密閉室內(nèi)壓力P不確定度uP、密閉室溫度T不確定度uT組成，各分量互不相關(guān)。本次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表2：

表2 B類評(píng)定測(cè)量結(jié)果

5.1 HFID測(cè)得CTHC不確定度ucTHC的評(píng)定

根據(jù)設(shè)備資料得知，HFID的線性度為±1%fs、干擾為±1%fs、重復(fù)性為±1%fs、零漂為±2%fs（環(huán)境溫度為 20℃±5℃時(shí)，8小時(shí)讀數(shù)），以上測(cè)量結(jié)果服從均勻分布；標(biāo)氣的不確定度u標(biāo)氣為±2%（K=2）。由于HFID每次取樣前均進(jìn)行了標(biāo)定，在取樣分析時(shí)刻可近似認(rèn)為其零漂為 0。故本次測(cè)量中CTHC的不確定度uCTHC評(píng)定如下公式（4）：

則

5.2 密閉室內(nèi)壓力P不確定度uP的評(píng)定

根據(jù)設(shè)備資料得知，壓力傳感器的精度為±0.003KPa,服從均勻分布，則uP為：

5.3 密閉室溫度T不確定度uT的評(píng)定

密閉室內(nèi)的溫度T由左右兩個(gè)Pt100的溫度傳感器的平均值得出，從資料可知，Pt100的最大允許誤差為±0.1K，服從均勻分布，則單個(gè)傳感器的不確定度為，根據(jù)JJF 1059.1-2012中4.4.2.2公式(28)，合成溫度T的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uT：

5.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

單次采樣計(jì)算結(jié)果按公式（2）進(jìn)行，各輸入量間相互獨(dú)立，根據(jù)JJF 1059.1-2012中4.4.1公式（24），不確定度按下公式（5）合成：

在數(shù)學(xué)模型公式（1）中，單次試驗(yàn)結(jié)果為前后兩次取樣的結(jié)果（公式（2））相減，是相關(guān)量，但引起其相關(guān)的量CTHC、P、T為其自身的合成分量，因此在計(jì)算其合成不確定度時(shí)無(wú)需再引入?yún)f(xié)方差或相關(guān)系數(shù)，則MTHC的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)及下列公式（6）和（7）來(lái)合成：

則：

根據(jù)綜合結(jié)果計(jì)算公式（3）及JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB按以下公式（8）進(jìn)行合成：

6 蒸發(fā)污染物排放總量MTHC合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)可按下公式（9）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC：

則：uC=0.009988 g

本次試驗(yàn)結(jié)果測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下表3：

7 擴(kuò)展不確定度

依國(guó)際慣例，直接取包含因子 k=2，則擴(kuò)展不確定度 U為：

8 不確定度報(bào)告

本次試驗(yàn)結(jié)果測(cè)量不確定度報(bào)告如下表4：

表4 不確定度報(bào)告結(jié)果