碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀測(cè)量結(jié)果的不確定度研究

王 靜，鄭 張，張 銘

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

現(xiàn)如今全球?qū)τ谟绊憵夂虻臏厥覛怏w日益重視，并采取相關(guān)措施進(jìn)行二氧化碳排放量的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)。在能源領(lǐng)域，當(dāng)前傳統(tǒng)的碳排放統(tǒng)計(jì)方法是根據(jù)排放因子和核算方法進(jìn)行估算，然而受到電廠內(nèi)煤種多樣性及燃燒等多種復(fù)雜因素的影響，將這種方法應(yīng)用于電廠中的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證，因此利用二氧化碳在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)碳排放量的統(tǒng)計(jì)將更為直觀可靠。二氧化碳在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)不僅能為各電廠碳減排效果評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也能為碳交易提供準(zhǔn)確性更高的技術(shù)支撐，促進(jìn)碳交易市場(chǎng)穩(wěn)步發(fā)展。

利用碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀進(jìn)行濃度測(cè)量，需考慮測(cè)量所得值的可靠性，因此有必要評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定程度。不確定度是建立在誤差理論基礎(chǔ)上，表示由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)量值不能肯定的程度[1]，體現(xiàn)了測(cè)量結(jié)果的分散性。選擇科學(xué)而合適的評(píng)定方法評(píng)定不確定度，既是實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)工作的一大重點(diǎn)[2]，也是二氧化碳連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確性的重要評(píng)判依據(jù)。

1 測(cè)量條件與方法

1.1 測(cè)量和評(píng)定依據(jù)

JJG 968-2002《煙氣分析儀檢定規(guī)程》；JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。

1.2 環(huán)境條件

實(shí)驗(yàn)室所提供的環(huán)境溫度范圍在15～30℃，相對(duì)濕度≤85%；碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀所使用的電源電壓：AC220(1±10%)V。

1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

(1)高純氮?dú)?純度大于99.999%)，用于零點(diǎn)校準(zhǔn)。

(2)氮?dú)庵卸趸紭?biāo)準(zhǔn)氣體(一級(jí)標(biāo)氣)，用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，標(biāo)氣濃度的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.6%，包含因子k=2。

1.4 被測(cè)對(duì)象

碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)儀器)。

1.5 測(cè)量方法

2 測(cè)量模型

建立不確定度數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行計(jì)算和分析的基礎(chǔ)，具體公式如下：

式中：Δa-相對(duì)示值誤差；

cs-二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。

靈敏系數(shù)：

傳播公式：

因各輸入量互相獨(dú)立且不相關(guān)，因此：

每一個(gè)學(xué)生都有自己豐富而獨(dú)特的內(nèi)心世界，每一個(gè)學(xué)生都希望把自己優(yōu)秀的一面展現(xiàn)出來(lái)。因此，教師要積極構(gòu)建平臺(tái)，給學(xué)生展示的機(jī)會(huì)。上述三例中有兩例，都有技能競(jìng)賽這一學(xué)生展示自我的平臺(tái)，這是職業(yè)學(xué)校的特色。學(xué)校重視，教師重視，學(xué)生參與這些平臺(tái)活動(dòng)，就能獲得成就感。另外針對(duì)英語(yǔ)學(xué)科來(lái)說(shuō)，還有高年級(jí)英語(yǔ)演講、低年級(jí)英語(yǔ)朗誦比賽活動(dòng)。這些平臺(tái)的建設(shè)，能為學(xué)生提供展示的舞臺(tái)，也給英語(yǔ)教學(xué)帶來(lái)了活力。

3 不確定度來(lái)源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量與操作過(guò)程中，會(huì)有多種因素影響測(cè)量結(jié)果的不確定度，合理分析其來(lái)源對(duì)于評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度具有重要影響。將每一個(gè)不確定度來(lái)源成為標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，各分量與建立的測(cè)量模型中的輸入量相對(duì)應(yīng)[5]。標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定方法分為A、B兩類(lèi)，A類(lèi)是通過(guò)對(duì)觀測(cè)列統(tǒng)計(jì)與分析作為評(píng)定結(jié)果，通常由重復(fù)測(cè)量引起的不確定度用A類(lèi)方法計(jì)算，B類(lèi)基于統(tǒng)計(jì)分析以外的方法估計(jì)概率分布等進(jìn)而得到評(píng)定結(jié)果。

3.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

通過(guò)A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定，具體測(cè)量方法是將濃度值為5.99%的二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣體通入試驗(yàn)臺(tái)管道被檢測(cè)儀器采樣管抽取，儀器進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，測(cè)得濃度的示值如表1所示。

表1 濃度測(cè)量示值

測(cè)量平均值:

單次相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

以儀器示值誤差3次測(cè)量的算數(shù)平均值計(jì)算，則測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

從儀器顯示的數(shù)值中可以看出，被測(cè)分析儀的最小濃度分辨率為0.01%，按照B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。以分辨率的一半作為半寬區(qū)間，按照均勻分布計(jì)算：

3.2 輸入量cs引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(cs)

由于實(shí)驗(yàn)所用的標(biāo)準(zhǔn)氣體是由重量法配置而得，因此標(biāo)準(zhǔn)氣體自身的不確定度成為了引起輸入量cs的標(biāo)準(zhǔn)不確定度得主要原因?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)中的定值并采用B類(lèi)方法來(lái)評(píng)定。

標(biāo)準(zhǔn)氣體為國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其不確定度Urel=0.6%，包含因子k=2，此值可按正態(tài)分布估計(jì)，充分可靠，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

對(duì)各分量不確定度相關(guān)的來(lái)源及參數(shù)等列表并匯總，如表2所示。

表2 分量匯總

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由重復(fù)性和標(biāo)氣引入的不確定度是互不相關(guān)的兩個(gè)分量，因此將結(jié)果帶入上式(4)可知，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

相對(duì)擴(kuò)展不確定度公式：

Urel=ucrel×k (包含因子k值通常取2)

本實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，取k=2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

Urel=0.31%×2=0.62%(k=2)

通過(guò)碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀測(cè)量二氧化碳濃度，其結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.62%，k=2。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)碳排放連續(xù)檢測(cè)氣體分析儀的不確定度進(jìn)行評(píng)定，分析各不確定來(lái)源并計(jì)算出評(píng)定結(jié)果。評(píng)定結(jié)果對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器的校準(zhǔn)校驗(yàn)以及不確定度研究方面具有重要意義，同時(shí)為碳排放檢測(cè)的儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性提供可靠的評(píng)定依據(jù)，提高二氧化碳檢測(cè)有效性，促進(jìn)超低排放技術(shù)發(fā)展。為文中的方法亦可為其他類(lèi)似儀器的評(píng)定提供借鑒與參考，同時(shí)希望能夠?yàn)樘寂欧旁诰€檢測(cè)領(lǐng)域提供案例。