JJF(冀) 175-2020 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪校准规范.pdf

2020-09-01发布 2020-11-30实施河 北 省 地 方 计 量 技 术 规 范 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪 校准规范 Calibration Specification for the Diesel Vehicle Nitrogen Oxides（NOx） Measuring Instrument 河 北 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布 JJF(冀) 175-2020 JJF(冀)175-2020 2 柴油车氮氧化物（NOX） 检测仪校准规范 Calibration Specification for the Diesel Vehicle Nitrogen Oxides（NOx）Measuring Instrument 归口单位：河北省市场监督管理局 主要起草单位：河北省计量监督检测研究院 本规范委托河北省计量监督检测研究院负责解释 JJF(冀) 175-2020 JJF(冀)175-2020 本规范主要起草人： 胡晓辰（河北省计量监督检测研究院） 曾宪旺（河北省计量监督检测研究院） 杨 绵（河北省计量监督检测研究院） 刘 兰（河北省计量监督检测研究院） 参加起草人： 岳 宁（河北省计量监督检测研究院） 董晓雨（河北省计量监督检测研究院） JJF(冀)175-2020 I 目录 引 言 . II 1 范围 . 1 2 引用文件 . 1 3 术语和计量单位 . 1 4 概述 . 1 5 计量特性 . 1 6 校准条件 . 2 7 校准项目和校准方法 . 3 8 校准结果的表达 . 6 9 复校时间间隔 . 6 附录 A 标准气体及其浓度要求 . 6 附录 B 采用臭氧发生器进行转化率校准的方法 . 8 附录 C 校准证书(内页)内容 . 10 附录 D 氮氧化物（NOX）检测仪 NO 浓度测量不确定度评定的实例 . 12 JJF(冀)175-2020 II 引引 言言 本规范以 JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则、JJF 1001-2011通用计量术语及定义 、 JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示 为基础性系列规范进行制定。 根据国家标准GB 3847-2018 柴油车污染物排放限值及测量方法 （自由加速法及加载减速法） ，对柴油车排放中氮氧化物的检测提出了相关要求，本规范主要参考了GB 3847-2018柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法） 、GB 18285-2018 汽油车污染物排放限值及测量方法 （双怠速法及简易工况法） 、 JJG 688-2017汽车排放气体测试仪编制而成。 本规范为首次发布。 JJF(冀)175-2020 1 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪校准规范 1 范围 本规范适用于柴油车氮氧化物（NOX）检测仪（以下简称检测仪）的校准。 2 引用文件 本规范引用了下列文件： JJG 688-2017 汽车排放气体测试仪 GB 3847-2018 柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法） GB 18285-2018 汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法） 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 3 术语和计量单位 GB 3847-2018 界定的及以下术语和定义适用于本规范。 3.1 氮氧化物 nitrogen oxides NOX 自排气管排放的氮氧化物，包括一氧化氮（NO）与二氧化氮（NO2） 。 3.2 NO2-NO 转化率 NO2-NO convert rate 当NO2气体通过 NO2-NO 转化器时， NO2中经过反应被转化成 NO 的体积分数与反应前 NO2总的体积分数之比。 4 概述 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪是用来测量柴油车、压燃式发动机汽车排气污染物中氮氧化物（NOX） 、二氧化碳浓度，可显示氮氧化物的检测仪器。按测量方式分为直接测量NO 和 NO2的检测仪和使用 NO2-NO 转化器将 NO2转化成 NO 后再进行测量的检测仪。按测量原理可分为化学发光、紫外和红外原理。 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪主要由采样系统、预处理装置、分析单元、显示装置及主控系统等组成。 5 计量特性 5.1 示值误差 示值误差一般符合表 1 给出的要求。 JJF(冀)175-2020 2 表1 示值误差 气体种类 测量范围 示值误差 绝对误差 相对误差 NO （04000） 10-6 25 10-6 4% NO2 （01000） 10-6 25 10-6 4% CO2 （0.018.0） 10-2 5% 注：表中所列绝对误差和相对误差，满足其中一项即可 5.2 示值重复性 示值重复性一般符合表 2 给出的要求。 表2 示值重复性 气体种类 绝对误差 相对误差 NO 20 10-6 3% NO2 20 10-6 3% CO2 0.1 10-2 2% 注：表中所列绝对误差和相对误差，满足其中一项即可 5.3 NO2-NO 转化率 一般不低于 90%。 5.4 传感器响应时间 各传感器响应时间一般符合表 3 给出的要求。 表3 传感器响应时间 T90 不大于 4.5s T10 不大于 4.7s 其中：T90是自传感器对输入气体有响应起，至达到最终气体浓度读数 90%所需要的时间。 T10是自传感器的输出指示开始下降起，至达到气体稳定浓度读数 10%所需要的时间。 6 校准条件 6.1 环境条件 6.1.1 温度： （040）。 JJF(冀)175-2020 3 6.1.2 相对湿度：不大于 85%。 6.1.3 电源：额定电压（220 22）V，频率 50Hz 1Hz。 6.1.4 校准应在周围的污染、振动、电磁干扰等对校准结果无影响的环境下进行。 6.2 测量标准及其他设备 6.2.1 标准气体 见附录 A。 6.2.2 电子秒表 日差： 0.5 s/d。 6.2.3 浮子流量计 测量范围：(110)L/min； 准确度等级：4.0 级。 7 校准项目和校准方法 7.1 示值误差 7.1.1 接通电源，按检测仪规定的时间预热。 7.1.2 不同测量原理的检测仪，按检测仪使用说明书描述的功能分别选择相对应符合表A.1 规定的气体组份，并按要求对检测仪进行调零。 7.1.3 按检测仪规定的流量要求，向检测仪通入符合表 A.1 中规定的 4 号标准气体，对检测仪进行校准，启动气泵，排出标准气体使检测仪回复零位，关闭气泵。 7.1.4 向检测仪通入符合表 A.1 中规定的 1 号标准气体， 待示值稳定后， 记录检测仪示值。启动气泵， 排出标准气体使检测仪回复零位， 关闭气泵。 重复测量 3 次， 并计算其平均值。 7.1.5 分别向检测仪通入符合表 A.1 中规定的 2 号、3 号和 4 号标准气体，按照步骤 7.1.4进行测量。 7.1.6 按公式（1）和（2）计算示值误差。 = (1) = 100% (2) 式中： i号标准气体绝对示值误差，单位为10-2或10-6； i号标准气体3次仪器示值平均值，单位为10-2或10-6； JJF(冀)175-2020 4 i号标准气体标称值，单位为10-2或10-6； i号标准气体相对示值误差，单位为%。 7.2 示值重复性 7.2.1 不同测量原理的检测仪，按照检测仪使用说明书描述的功能分别选择相对应符合表A.1 规定的气体组份，并按要求对检测仪进行调零。 7.2.2 向检测仪通入符合表 A.1 规定的 3 号标准气体，待示值稳定后，记录检测仪示值。启动气泵，排出标准气体使检测仪回复零位，关闭气泵。 7.2.3 重复 7.2.2 操作，共记录 6 组数据。按公式（3）和公式（4）计算重复性。 = 11( )2=1 (3) = 100% (4) 式中： 3 号标准气体重复性（以实验标准偏差表示） ，单位为10-2或10-6 第 j 次通入 3 号标准气体的示值（j=1、2、3、4、5、6） ，单位为10-2或10-6 标准气体 6 次测量结果平均值，单位为10-2或10-6； 3 号标准气体测量次数，n=6； 重复性（以相对标准偏差表示） ，单位为%。 7.3 NO2-NO 转化率 7.3.1 调整检测仪的零位。 7.3.2 按检测仪规定的方法进行检漏。 1标准气体钢瓶；2减压阀；3节流阀；4玻璃转子流量计；5气囊；6三通接头； 7二位三通电磁阀；8采样管；9检测仪。 图1 标准气体法转换率测试示意图 JJF(冀)175-2020 5 7.3.3 检漏合格后，连接表 A.1 中 1 号一氧化氮标准气体、减压阀、节流阀、玻璃转子流量计、三通接头、气囊及采样管等（如图 1 所示） 。 7.3.4 开启标准气体钢瓶的阀门，二位三通电磁阀通电（P、A 通） ，再启动检测仪气泵。调节节流阀，使通入检测仪的标准气体的流量维持图 1 中的气囊不处于真空，也不充盈。待检测仪示值稳定后，记录氮氧通道的示值（） 。 7.3.5 断开二位三通电磁阀电源（O、A 通） ，通入清洁空气或零气，排出检测仪中标准气体至检测仪恢复零位。 7.3.6 重复 7.3.4 至 7.3.5 操作 3 次，计算算术平均值。 7.3.7 通入符合表 A.1 规定的 3 号二氧化氮标准气体，记录氮氧通道的示值，重复 7.3.4至 7.3.5 操作 3 次，计算算术平均值。 7.3.8 校准后的 NO2气体转化后测量值按照公式（5）计算： = ( 0) (5) 式中： y校准后的二氧化氮标准气体转化后测量值，单位为10-6； 0一氧化氮标准气体的标称值，单位为10-6。 一氧化氮标准气体 3 次测量值的平均值，单位为10-6； 校准后的二氧化氮标准气体转化后 3 次测量值的平均值，单位为10-6。 7.3.9 按照公式（6）计算转换率： =0 100% (6) 式中： 转换率，单位为%； 0二氧化氮标准气体的标称值，单位为10-6。 7.3.10 可采用国标推荐的其他等效方法对转化率进行校准，详见附录 B。 7.4 传感器响应时间 7.4.1 不同测量原理的检测仪，按照检测仪使用说明书描述的功能，分别将与传感器相对应的标准气体（符合表 A.1 规定的 3 号标准气体） 。将气体通入标准气体口，当传感器的输出指示对输入气体开始有响应起， 至输出指示达到该气体示值误差测量时所记录仪器示JJF(冀)175-2020 6 值平均浓度的 90%，用秒表记录所需要的时间，记为 T90。 7.4.2 保持 3 号标准气体持续通入，至仪器示值达到最终稳定浓度，此时将标准气体的通路切断，通入清洁空气或零气，排出检测仪中标准气体。从传感器的输出指示开始下降的时刻起，至输出指示达到该气体示值误差测量时所记录的仪器示值平均浓度的 10%，用秒表记录所需要的时间，记为 T10。 7.4.3 启动气泵，排出标准气体使检测仪回复零位，关闭气泵。 7.4.4 重复 7.4.1 和 7.4.2 的操作三次，分别记录 T90和 T10，按公式（7）分别计算各传感器的响应时间。 T=T1+T2+T33 (7) 式中： 3 次响应时间测量值的算术平均值，单位为 s； 1、2、33 次响应时间测量值，单位为 s。 8 校准结果的表达 柴油车氮氧化物（NOX）检测仪经校准后出具校准证书，校准证书信息应符合JJF1071-2010 中 5.12 的要求，校准证书内页格式可参考附录 C。柴油车氮氧化物（NOX）检测仪浓度示值误差测量不确定度评定的实例见附录 D。 9 复校时间间隔 复校时间间隔的长短由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素决定，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。 JJF(冀)175-2020 7 附录 A 标准气体及其浓度要求 标准气体应具有国家计量主管部门批准的标准物质证书，并在有效期内使用。 标准气体配制的标称值的变换应不超过表 A.1 所规定标准值的 15%。一氧化氮标准气体的标称值的相对扩展不确定度应不大于 1%，空气中二氧化氮标准气体的标称值的相对扩展不确定度应不大于 2%，二氧化碳标准气体的标称值的相对扩展不确定度应不大于1%，氧气标准气体的标称值的相对扩展不确定度应不大于 1%。 对检测仪调零用气体应按仪器说明书采用纯度不低于 99.99%的高纯氮气或含氧量为（20.80.2）%的配制空气。 表 A.1 试验用标准气体的标准值 气体名称 序号 1号气体 2号气体 3号气体 4号气体 一氧化氮标准气体 30010-6 90010-6 180010-6 300010-6 二氧化氮标准气体 5010-6 16010-6 30010-6 60010-6 二氧化碳标准气体 2.010-2 6.010-2 8.010-2 12.010-2 氧气标准气体 20.810-2 - - - JJF(冀)175-2020 8 附录 B 采用臭氧发生器进行转化率校准的方法 该方法为GB 18285-2018采用的转化率检测方法，本规范为等同采用。 B.1 接通电源，按照检测仪使用说明书要求预热调零。 B.2 按检测仪规定的方法进行检漏。 B.3 检漏合格后，按照图 2 要求连接各试验设备，将表 A.1 中 1 号氧气标准气体和表 A.1中 3 号一氧化氮标准气体连接到图 2 中对应入口，并将装置出口连接到检测仪器入口。 1氧气入口；2流量控制器；3臭氧发生器；4三通连接器；5两位三通电磁阀； 6氮氧转化器； 7检测仪器；8一氧化氮气体入口；9流量控制器 图2 臭氧发生器法转换率测试示意图 B.4 打开一氧化氮气体入口， 通入表A.1中3号一氧化氮标准气体， 控制两位三通电磁阀，使一氧化氮气体进入检测仪器，记录检测仪 NO 示值。 B.5 打开氧气入口，通入表 A.1 中 1 号氧气标准气体，调节流量控制器，通过三通连接器稀释管路中的一氧化氮， 使检测仪测得的 NO 浓度约为 B.4 测得浓度的 50%， 记录此时检测仪 NO 示值（c）。在该过程中，臭氧发生器不起作用。 B.6 保持 B.5 的气路状态，打开臭氧发生器，以产生足够的臭氧，将检测仪测得的 NO 浓度降低到 B.4 测得浓度的 10%（最低为 5%），记录此时检测仪 NO 示值（d）。 JJF(冀)175-2020 9 B.7 保持 B.6 的气路状态，切换两位三通电磁阀，使混合气体进入 NO2-NO 转化器，记录此时检测仪 NO 示值（a）。 B.8 保持 B.7 的气路状态，关闭臭氧发生器，混合气体保持经过 NO2-NO 转化器的状态，记录此时检测仪 NO 示值（b）。 B.9 重复步骤 B.4 至 B.8 总共测量 3 次。 B.10 按照公式（1）计算转化率。 = (1 +) 100%.(B.1) 式中： 一氧化氮标准气体测得的 NO2-NO 转化率，单位为%； a一氧化氮标准气体在 B.7 中检测仪测得的浓度值，单位为10-6； b一氧化氮标准气体在 B.8 中检测仪测得的浓度值，单位为10-6； c一氧化氮标准气体在 B.5 中检测仪测得的浓度值，单位为10-6； d一氧化氮标准气体在 B.6 中检测仪测得的浓度值，单位为10-6。 JJF(冀)175-2020 10 附录 C 校准证书(内页)内容 校准项目 校准结果 NO2-NO 转化器 NO2-NO 转化率 NO 通道示值误差 标准气 校准值 绝对误差 相对误差 相对扩展不确定度（k=2） 1 号气 2 号气 3 号气 4 号气 NO2通道示值误差 标准气 校准值 绝对误差 相对误差 相对扩展不确定度（k=2） 1 号气 2 号气 3 号气 4 号气 CO2通道示值误差 标准气 校准值 误差 相对扩展不确定度（k=2） 1 号气 2 号气 3 号气 4 号气 JJF(冀)175-2020 11 校准项目 校准结果 示值重复性 NO 通道 NO2通道 CO2通道 传感器响应时间 T90 NO 通道 NO2通道 CO2通道 传感器响应时间 T10 NO 通道 NO2通道 CO2通道 JJF(冀)175-2020 12 附录 D 氮氧化物（NOX）检测仪 NO 浓度测量不确定度评定的实例 D.1 测量方法 按检测仪规定的流量要求向检测仪通入符合规定的一氧化氮标准气体，待示值稳定后，读取 NO 的示值作为最终气体浓度读数，与标准气体的标称浓度值做比较，两者差值即为示值误差。 D.2 数学模型 NONO100%xXX （C.1） 式中： 示值误差，单位为%； x仪器示值 NO 的算术平均值，单位为10-6； NOXNO 标准气体的标称浓度值，单位为10-6。 D.3 方差和灵敏系数 依方程： 222( )()( )ciifuyuxx （C.2） 由（1）式得方差： 2222212( )()( )()()cNOucuxcuX （C.3） 式中：( )u x检测仪重复性引入的标准不确定度， NO()u XNO 标准气体引入的标准不确定度, 灵敏系数： 1NO1()cxX 22NONO()()xcXX D.4 输入量的不确定度来源 D.4.1 柴油车氮氧化物检测仪 NO 示值测量值重复性（测量结果重复性）1( )u x JJF(冀)175-2020 13 D.4.2 柴油车氮氧化物检测仪数显量化误差引入的不确定度分量2( )u x D.4.3 混合标气中 NO 标准气体引入的标准不确定度NO()u X D.5 输入量的标准不确定度评定 D.5.1 柴油车氮氧化物检测仪示值测量值重复性 （测量结果重复性） 引入的标准不确定度评定 输入量 x 的不确定度来源之一是柴油车氮氧化物检测仪 NO 浓度测量结果的重复性。 可以通过连续测量得到测量列,采用 A 类方法评定。 气体名称 1号气体 2号气体 3号气体 4号气体 物质的量分数（ 10-6） 一氧化氮标准气体 NO 300 900 1800 3000 以 1 号一氧化氮、二氧化碳多组分标准气体为例，进行 10 次重复性测量，得到 NO 测量值的观测列： 实际校准中重复测量 3 次，取平均值，所以： -61( )1.41 103su x D.5.2 柴油车氮氧化物检测仪数显量化误差引入的标准不确定度评定 柴油车氮氧化物检测仪 NO 的分辨力为：1 10-6，其量化误差以等概率分布在半宽度为 1 10-6/2=0.5 10-6的区间内，取包含因子k=3，其引入的相对标准不确定度为： -6-620.5 10( )0.29 103u x 按照 JJF 1033-2016 计量标准考核规范的要求， 测量重复性引入的不确定度和数显量化误差引入的不确定度两者中取大值，故由输入量 x 引入的标准不确定度为： -61( )= ( )=1.41 10u xu x 标气浓度 （10-6） 示值浓度（10-6） 标准差（10-6） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 NO：300 307 311 313 312 312 311 311 307 306 310 310 s=2.45 JJF(冀)175-2020 14 D.5.3 混合标气中 NO 标准气体引入的标准不确定度评定 根据标准物质证书给出的定值不确定度来评定NO()u X，采用 B 类方法评定。 一氧化氮、二氧化碳多组分标准气体标准证书中提供的相对标准不确定度为Urel=1.0%,k=2，则对于 1 号气体来说，标准不确定度NO()u X为： -6-6NO300 101%()=1.5 102u X D.6 输出量的标准不确定度分量一览表 输入量估计值的标准不确定度评定 输出量估计值的相对标准不确定度分量 标准不确定值)(ixu 灵敏系数iixfc/ )(xuci NOx ( )u x 1.41 10-6 NO1X=3.33103 4.7 10-3 NO()u X 1.5 10-6 2NO()xX=3.44103 5.2 10-3 其中：XNO=30010-6, x=31010-6 D.7 合成标准不确定度 由于各标准不确定度分量不相关，所以： 2222212NO( )()( )()()crelucuxcuX 22233( )4.75.2107.0 10crelu D.8 扩展不确定度 取 k=2，相关扩展不确定度为 ( )1.4%relcrelUku D.9 测量不确定度的报告 柴油车氮氧化物检测仪 NO 在该测量点的示值误差测量结果的不确定度为relU=1.4%，k=2。