碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪校准规范

碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪校准规范1范围本规范适用于碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪（碳平衡检测仪）的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：GB/T18566-2011道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法JT/T1013碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪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概述碳平衡检测仪是利用汽车燃料在发动机中燃烧后排放气体中的碳质量总和与燃料燃烧前的碳质量总和相等的质量守恒定律间接测量汽车燃料消耗量的设备。碳平衡检测仪主要由含碳气体浓度测量装置（简称浓度测量装置）、稀释排放气体流量测量装置、排气稀释收集装置和测控系统等构成。仪器根据含碳气体浓度换算出汽车燃料消耗量。汽车燃料消耗量是换算给出的结果。碳平衡检测仪结构示意图如图1。1156782934环境空气汽车排气环境空气说明：1——集气椎管；2——排气稀释收集装置；3——稀释排气流量控制器；4——测控系统；5——含碳气体浓度测量装置；6——取样管；7——取样探头；8——稀释排气流量测量装置；9——风机。图1碳平衡检测仪结构示意图4计量性能要求4.1浓度测量装置的零点漂移和量程漂移经预热后，浓度测量装置1h内的零点漂移和量程漂移应满足表1规定的误差要求。表1含碳气体浓度测量示值误差要求项目相对误差绝对误差CO2±2%±0.02%CO±2%±0.02%HC±3%±4ⅹ10-6注：满足绝对误差或相对误差任何一项即为满足要求。4.2浓度测量装置示值误差含碳气体浓度测量示值误差应满足表1的规定。4.3浓度测量装置重复性含碳气体浓度测量的重复性应不大于表1规定的误差绝对值的1/3。4.4浓度测量装置响应时间浓度测量的响应时间应不大于8s。4.5流量测量装置的示值误差及重复性流量装置的示值误差应在±1%范围内，重复性应不大于0.5%。4.6压力传感器的示值误差压力传感器的示值误差不超出±0.4kPa。4.7温度传感器的示值误差温度传感器的示值误差不超出±1.5K。4.8碳平衡检测仪油耗量示值误差碳平衡检测仪给出油耗量的示值误差应在±4%范围内。5校准条件5.1环境条件环境温度：（0～40）℃。相对湿度：不大于85%。大气压力：（86～106）kPa。电源为：AC（220±22）V，AC（380±38）V；频率为：（50±1）Hz。工作环境不应有对测量结果产生影响的污染、振动、电磁干扰。工作场所应通风良好。5.2校准用标准气体及标准器和设备5.2.1气体标准物质气体标准物质应采用有证标准物质，其浓度范围及要求见表2表2气体标准物质的浓度范围及要求标准气体低量程点中量程点高量程点不确定度U，k=2CO2（%）0.42.03.2≤1%CO（%）0.040.20.8≤1%C3H8（ⅹ10-6）50200800≤1%注：①推荐的各量程点浓度的偏差不超过其推荐值的15%，气体标准物质的平衡气为99.99%的N2；②丙烷也可为正己烷C6H14标气，但需注意此时PEF值为1。标准器和设备a）标准流量计的最大量程为30m3/min，最大允许误差：±0.5%；b）标准压力传感器最大允许误差：±0.2kPa；c）标准温度传感器最大允许误差：±0.5K；d）秒表功能的计时器分辨率0.01s（不必专门配置）；e）高纯度氮气纯度99.99%。6校准项目和校准方法6.1校准项目碳平衡检测仪的校准项目见表3。表3碳平衡检测仪校准项目一览表序号校准项目1外观及常规功能检查2浓度测量装置零位漂移及量程漂移3浓度测量装置示值误差4浓度测量装置重复性5浓度测量装置响应时间6流量测量装置的示值误差及重复性7压力传感器示值误差8温度传感器示值误差9碳平衡检测仪油耗量示值误差6.2校准方法6.2.1外观及常规功能检查a）碳平衡检测仪应有铭牌，并标明型号、规格、制造厂、出厂编号和日期，并附带产品合格证书和技术说明书。b）碳平衡检测仪的显示仪表不应有显示不清晰的缺陷。c）碳平衡检测仪分辨力应为0.01ml/s。d）碳平衡检测仪的连接件及线路插头应安装牢固可靠，操作按钮应灵活可靠。e）碳平衡检测仪的气体管路应不漏气；排气稀释管路内表面应光滑，应不吸收和吸附稀释排气。f）浓度测量装置应有低流量检测功能，低流量检测未通过，流量测量装置应自动锁止，终止检测，同时给出提示。g）浓度测量装置应有密封性检测功能，密封性检测未通过，流量测量装置应自动锁止，终止检测，同时给出提示。h）测控系统及显示应符合JT/T1013中的相应规定。6.2.2浓度测量装置零点漂移和量程漂移测量前仔细阅读仪器说明书，按照仪器说明书的要求调节减压阀，控制气体流量（一般为1L/min左右）。6.2.2.2浓度测量装置预热后用高纯氮气进行调零，进入测量状态，记录零位示值Z0。6.2.2.3通入表2规定的中量程校准气，示值稳定后，记录示值M0。6.2.2.4浓度测量装置继续通入高纯氮气，每隔15分钟记录一次零位示值Zi，再通入表2规定的中量程校准气，示值稳定后，记录示值Mi，循环1h后结束本试验。6.2.2.5零位漂移和量程漂移分别按式（1）～（3）计算。以绝对值最大的作为漂移值。（1）（2）（3）式中:——试验开始时的零位示值；——第i小时的零位示值；——第i小时的零位漂移；——试验开始时，通入校准气时的示值；——第i小时通入校准气时的示值；——第i小时的量程漂移绝对误差；——第i小时的量程漂移相对误差。6.2.3浓度测量装置示值误差浓度测量装置预热后，按照用6.2.2.1方法控制流量，通入高纯氮气进行调零，再通入表2所规定的校准气体，待示值稳定后读数，每个量程点重复测量3次，取算术平均值作为每点的测量值。6.2.3.2以校准气体的浓度值作为标准值，按式（4）、式（5）计算示值误差：（4）（5）式中：——绝对误差；——相对误差；——浓度测量装置对某量程点校准气体测量值的平均值；——量程点校准气体的浓度值。6.2.4浓度测量装置重复性同的方法，通入表2所规定的中量程校准气体，待示值稳定后，记录读数。清洗浓度测量装置30s～60s，重复上述步骤，共试验6次。按式（6）计算相对标准偏差即为重复性（RSD）。（6）式中：——测量值的平均值；——第i次测量的稳定示值；n——测量次数，n=6。6.2.5浓度测量装置的响应时间探头通入环境空气稳定后，将探头切换到表2规定的中量程校准气体，记录从探头切换到校准气体开始时到示值变至标准值90%时所需的时间。6.2.6流量装置的示值误差及重复性6.2.6.1示值误差试验装置应清洁，将标准流量计置于被测流量计之后，各接头处应不漏气。分别选择风机日常使用的工作流量（如高、中、低）进行测试，每点重复3次，取算术平均值作为每点的测量值。测得的标准流量计读数应修正到温度273.15K（0℃）和101.3kPa大气压状态下，修正按式（7）进行。如果标准流量计自带温度、压力修正时，按其说明书的要求输入相关参数进行自动修正。然后按式（4）、式（5）计算相对误差。（7）式中：Qs——标准状况下的流量（L/s）；Q——未修正的流量（L/s）；P——稀释排气的气压（kPa）；Ps——标准状况下的气压（kPa）；T——稀释排气的温度（K）；Ts——标准状况下的温度（K）。重复性承接上述试验，选择中间流量（或正常工作使用频率高的流量）进行测试，待示值稳定至少30s后，开始读数，重复试验共6次，按式（6）计算相对标准偏差即为重复性。6.2.7压力传感器示值误差接通流量测量装置的电源，关闭风机。连续读取并记录压力传感器读数5s，计算平均值为测量值。同时连续读取标准压力传感器的读数，计算平均值作为标准值，按式（4）计算绝对误差ΔP。6.2.8温度传感器示值误差参照的方法测得温度传感器的绝对误差ΔT。6.2.9碳平衡油耗仪油耗量示值误差当现场测量时未对仪器的各参数测量值进行仪器校正时（即无需进行校正调节），可从日常测量的数据库中，选取一辆最近进行过油耗检测的车辆的有效参数记录；若测量时对仪器参数进行了校正时，则应现场安排车辆进行油耗检测，然后调取相应的记录获得相应车辆的油耗数据，作为油耗仪的测量值。按照附录A对油耗仪测量的其它相关且必要的数据进行修正，并计算出油耗间接标准值，按式（8）计算油耗量示值误差。（8）式中：——油耗量示值误差；——调取得到的油耗仪的测量值；——计算出的油耗标准值。7校准结果表达校准结果应在校准证书上反映，校准证书应至少包括以下信息：标题：如“校准证书”；实验室名称和地址；进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；客户的名称和地址；被校对象的描述和明确标识；进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接受日期；如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；校准环境的描述；校准结果及其测量不确定度的说明；对校准规范的偏离的说明；校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；校准结果仅对被校对象有效的声明；未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。8复校时间间隔复校时间间隔建议1年。由于复校时间的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定的，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。如果对仪器的检测数据有怀疑或仪器更换主要部件及修理后应对仪器重新校准。附录A理论油耗值的计算方法A.1调取各分量参数的数据从日常测量的数据库中，选取最近进行过油耗检测的车辆的记录，或现场安排车辆进行油耗检测后获取相应的记录，然后调取测量得到的相应车辆油耗数据，并且调取流量装置所对应的流量值、温度值、压力值、调取浓度装置中所对应的气体浓度值，包括二氧化碳浓度、环境空气本底二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、碳氢，还应调取氢碳比、燃油密度的输入值。A.2参数分量的修正A.2.1浓度参数的修正根据浓度测量装置示值误差测量中所得到的结果，按下式对调出浓度值进行修正，以此修正后的气体浓度值作为计算油耗的参考值的计算依据。由此可得修正式为：式中：——某成分浓度参数值修正后浓度；——某成分浓度参数调取的浓度值。——为最接近值的标气浓度值；——标气浓度为时测得的示值平均值；A.2.2流量的修正根据流量示值误差的测量结果（经温度修正后）进行修正。只需修正调取的流量点的流量值，修正按下式进行。修正后的流量作为计算油耗的参考值的计算依据。式中：——修正后流量（L/s）；——调取的经仪器内部温度、压力校准的流量值（L/s）；——调取的流量点的流量示值误差（L/s）。A.2.3CO2气体浓度修正CO2气体浓度修正按下式计算式中：——经环境空气CO2气体浓度校正后的稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）；——每秒稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）；——环境空气CO2气体浓度（%V/V）；DF——每秒稀释系数，应按下式计算：——每秒稀释排气中CO气体浓度（%V/V）；——每秒稀释排气中HC气体浓度（10-6）。A.3每秒排放的CO2、CO、HC的气体质量汽车每秒排放的CO2、CO、HC气体质量应分别按下式计算：式中：——分别为汽车每秒排放的CO2、CO、HC气体质量（g/s）；——分别为标准状况下CO2、CO、HC气体密度（g/L）A.4计算油耗的参考值（或标准值）汽车每秒燃油消耗量（油耗）按下式计算：式中：——汽车每秒燃油消耗量（mL/s）；——15℃时燃料密度（kg/L）；R——氢碳比。附录B油耗量校准结果不确定度评定方法及计算实例在该校准项目中，油耗量是碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪的终极参数，其它测量参数是油耗量的函数分量参数，因此，在进行油耗量的不确定度评定时，其过程自然涉及分量不确定度的评定。另外，由于油耗仪的油耗量和油耗间接标准值都是分量参数的计算而得出的结果，因此在评定不能进行重复计算分量参数的输入量，为方便评定，只需对油耗间接标准值进行分量参数的不确定度引入。B.1测量方法按本规范的方法，用标准气体及流量、温度、气压等测量仪器进行各测量参数的示值测量，然后得出误差，再根据测量结果用逆推法得出燃油燃烧后含碳气体在相应测量浓度下的近似标准值及流量近似标准值，然后计算出油耗标准值，从而得出油耗仪油耗量示值误差。B.2测量模型B.2.1油耗量的测量模型根据附录A中A.3、A.4的计算式，进行合并可得：代入气体密度后整理得：式中参量含义如附录A，其中R和dF为常数，与燃料类型有关。令：则B.2.2浓度参数的测量模型浓度参数的测量B.2.3流量参数的测量模型流量参数的测量B.3方差以上分量独立互不相关。则各分项参数的方差见评定过程。B.4标准不确定度评定B.4.1气体成分引入的标准不确定度根据得式中参数同A.2.1。以对应组分的重复性结果代入，为最接近值的标气的标准不确定度，此处为调取的数值，不确定度转嫁到，可视为常数处理。B.4.2流量参数引入的标准不确定度该式中为标准流量计在该流量处的标准不确定度，由证书给出，需要注意的是流量计的标准不确定度在给定时，已考虑了温度气压的不确定度影响。为在该流量下进行测量时重复性引起的标准不确定度。B.5合成标准不确定度油耗量合成标准不确定度为：其中为调出的油耗量值。B.6扩展不确定度取包含因子，则B.7计算实例1.气体浓度部分分量名称/%（重复性/%）标气不确定度/%组分标准不确定度CO20.4550.380.50.0026CO0.000.690.50.0000HC30.540.50.0094由式可得0.0000141%由式可得C=0.00245%则2.流量部分流量重复性则3.合成相对不确定度4.油耗量的扩展不确定度：k=2附录C碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪记录格式记录编号：共3页第1页委托方：委托方地址：器具名称：制造单位：型号/规格：器具编号：准确度：被校仪器状态（完好“√”）：校准前：校准后：校准依据：环境温度：℃相对湿度：%标准器名称型号/规格编号有效期至标准器状态□正常□异常□正常□异常□正常□异常□正常□□正常□异常□正常□异常□正常□□正常□外观及常规功能检查流量测量装置的示值误差及重复性被测流量实测流量实测平均值修正后流量示值误差相对误差重复性测量时气体的温度：℃测量时气体的气压：kPa压力传感器示值误差传感器类5s时间内读数值平均值误差仪器压力传感器标准压力传感器共3页第2页温度传感器示值误差传感器类5s时间内读数值平