JJF(机械) 1060-2021 机动车便携式排放测试系统(PEMS) 校准规范

中华人民共和国工业和信息化部机动车便携式排放测试系统校准规范2021-12-02发布机动车便携式排放测试系统校准规范JJF(机械)1060—2021JJF(机械)1060—2021本规范主要起草人：李昕(襄阳达安汽车检测中心有限公司)叶仁根(襄阳达安汽车检测中心有限公司)刘茹(襄阳达安汽车检测中心有限公司)涂远扬(襄阳达安汽车检测中心有限公司)张远军(襄阳达安汽车检测中心有限公司)贾莹莹(襄阳达安汽车检测中心有限公司)兰燕飞(襄阳达安汽车检测中心有限公司)孙逸飞(襄阳达安汽车检测中心有限公司)JJF(机械)1060—2021 2引用文件 4计量特性 4.1气体分析仪 4.2PN测量分析仪 4.3车辆速度 4.4定位性能 5校准条件 5.1环境条件 5.2标准装置 6校准项目及方法 6.1气体分析仪校准 6.2PN测量分析仪校准 6.3车辆速度校准 6.4定位性能校准 7校准结果表达 8复校时间间隔 附录ACO₂分析仪示值误差测量不确定度分析 附录BCO分析仪示值误差测量不确定度分析 附录CTHC分析仪示值误差测量不确定度分析 附录DNO₄分析仪示值误差测量不确定度分析 附录EPN测量分析仪示值误差测量不确定度分析 附录F车辆速度示值误差测量不确定度分析 附录G校准证书或校准报告内容 JJF(机械)1060—2021本规范依据JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》、J计量术语及定义》、JJF1059.1—2012《测量不确本规范为首次发布。I机动车便携式排放测试系统校准规范1范围本规范适用于新制造、使用中和维修后机动车便携式排放测试系统(PEMS)的校准(其他类似设备可参照本规范进行校准)。本规范引用了下列文件：JJG688—2017汽车排放气体测试仪检定规程JJF1071—2010国家计量校准规范编写规则JJF1094—2002测量仪器特性评定GB18352.6—2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)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概述机动车便携式排放测试系统(PEMS)是集气体分析仪、PN测量分析仪、全球卫星GPS/北斗定位系统、小型气象站、排气质量流量计于一体的测试系统，可以对行驶中车辆排放的CO、CO₂、THC、NO、颗粒物数量PN(个/cm³),以及车辆速度、排气流量、环境条件等进行连续检测，实现车辆在实际使用条件下的排放测试。4.1气体分析仪4.1.1气体分析仪应有唯一性的识别标识，各部件操作灵活，显示清晰，不应有影响校4.1.2准确度：各组分分析单元读数与基准值之间的偏差，不超过读数的±2%,或±0.3%FS,取其中较大者。体积分数小于155ppm时，测量误差不超过±2%FS。[或ppmC(C当量)],重复性不超过0.4%FS;如果量程小于155ppm[或ppmC₁(C₁当量，假定碳氢比为1:1.85)],重复性不超过0.8%FS。4.1.4NO转换器的转换效率应不低于95%(如果使用NDUV分析仪同时测量NO和NO₂,不需要考虑此项目)。1JJF(机械)1060—20214.1.5零点漂移和量距点漂移：要求见表1。污染物零点漂移量距点漂移CO₂4h漂移量≤读数的2%或1000ppm,取其中较大者4h漂移量≤读数的2%或50ppm,取其中较大者4h漂移量≤读数的2%或10ppmC,取其中较大者NO₄4h漂移量≤读数的2%或5ppm,取其中较大者4.2.1系统效率E(d₂):同时测量动力学直径为d,的单分散性气溶胶且将测量结果均修正至相同温度和压力时，系统效率(PN分析系统的测量值与标准粒子计数器或静电计指示的颗粒物数量浓度之比),要求见表2。粒径donmPN测量分析仪E(d)0.2～0.60.3～1.20.6～1.30.7～1.30.7～1.30.5～2.04.2.2线性度：各校准点示值误差不超过±10%、斜率为0.90～1.10、标准估计误差SEE≤10%FS、相关系数的平方(r²)≥0.95。车辆速度示值允许误差：±1.0km/h。4.4定位性能4.4.2海拔示值允许误差：土30m。注：第4章的技术要求仅供参考。5校准条件5.1环境条件环境温度：20℃~30℃;相对湿度：≤85%。5.2标准装置标准装置及要求见表3。序号仪器设备名称技术指标1标准气体体积分数值与标称体积分数值的偏差在±1%以内2(体分割器分割后的体积分数值与标称体积分数值的偏差在1%以内2JJF(机械)1060—2021序号仪器设备名称技术指标3卫星导航信号模拟器伪距误差不超过±5mm,伪距率误差不超过±1mm/s4颗粒计数器校准装置颗粒浓度校准范围(50～10000000)个/cm³,颗粒浓度测量不确定度优于3.5%(k=2)6校准项目及方法6.1气体分析仪校准在确认没有影响校准计量特性的因素后，校准方可进行。根据气体分析仪的量程准备好以下组分、各种体积分数的标准气体(包括纯气体和混合气体):a)纯气体：纯氮气，纯合成空气；(其中NO₂体积分数不超过NO体积分数的5%),NO₂和纯氮气(体积分数的相对允许误差为±2%)(如果适用)。6.1.2.1选定某组分气体的一个常用量程，先后通入零气体和量距气体，待6.1.2.2在量程内，使用气体分割器设置不少于10个校准点，并尽可能等距分布，待示值稳定后记录各点显示体积分数值和理论体积分数值。6.1.2.3再次通入零气体和量距气体，待示值稳定后记录气体分析仪显示体积分数值，并与6.1.2.1记录值相比较，如果前后两次测得结果相差小于2%,测量结果才被认为6.1.2.4按公式(1)计算各校准点的示值相对误差。C₁——第i校准点气体分析仪显示体积分数值，%或ppm;C₀₄——第i校准点理论体积分数值，%或ppm。6.1.2.5对各组分分析单元的每个常用量程，用体积分数为量程80%～95%的标准气体6.1.3.2选定某组分气体的一个常用量程，通入量距气体，待示值稳定后记录气体分析仪示值，开启气泵，排出气体分析仪中的量距气体，至气体分析仪回复零位。6.1.3.3重复6.1.3.2步骤10次。按公式(2)、公式(3)计算重复性。3JJF(机械)1060—2021C₁——第i次通入量距气体时的示值，ppm;6.1.3.4对各组分分析单元的每个常用量程，用体积分数为量程80%～95%的标准气体6.1.4NO,转化器的转换效率检查6.1.4.1在最常用的量程下，按制造商的技术要求标定CLD(NO,转化器，其结构如图1所示),标定时使用零气体和量距气体(量距气体的NO体积分数应约为使用量程的80%,混合气体中NO₂体积分数应低于NO体积分数的5%)。NO₂分析仪开关置于NO位置，使量距气体不通过转化器。记录指示体积分数。图1NO转化器装置简图6.1.4.2将氧气或合成空气连续地加入气流中，以稀释量距气体，直到指示的体积分数值约比给出的标定体积分数低10%。记录此指示体积分数a。在这一过程中，臭氧发生器不起作用。4JJF(机械)1060—2021标定体积分数的20%(最低为10%)。记录此指示体积分数b。N₂)通过转化器。记录此指示体积分数c。于NO位置，此时NO,分析仪的NO₂读数应比6.1.4.1给出的数值大，但不大于5%。按公式(4)计算出NO转换效率。6.1.5.2气体分析仪继续运行，每隔2h记录一次数据，4h共记录次3次示值。按公式(5)计算各分析单元在每个记录点的漂移量。取第2、3记录点中偏离第1记录点的较6.1.5.4气体分析仪继续运行，每隔2h记录一次数据，4h共记录次3次示值。按公式(6)计算各分析单元在每个记录点的漂移量。取第2、3记录点中偏离量距气体体积分5JJF(机械)1060—2021效过滤器(对不小于0.1μm颗粒的过滤效率优于99.99%)的洁净空气，将PN测量分析仪和静电计(或经静电计标定过的标准粒子计数器)连续运行30min以上，待示值选择3个浓度点，每个浓度点测3次，被校PN测量分析仪和静电计(或经静电计标定式(7)计算该粒径下的系统效率。分别记录PN测量分析仪和静电计(或经静电计标定过的标准粒子计数器)显示的颗粒浓度值，重复三次，根据公式(8)、公式(9)计算三次平均值。x₁——静电计(或经静电计标定过的标准粒子计数器)在第i浓度点3次测量平均y₁——被校粒子计数器在第i浓度点3次测量平均值，个/cm³;6JJF(机械)1060—2021y=q₁x+a₀6.3车辆速度校准7JJF(机械)1060—20216.3.3重复6.3.2步骤，直到完成所有速度点的校准，按公式(14)、公式(15)计算示经度X、纬度Y,及海拔H,示值。按公式(16)、公式(17)、公式(18)计算定位误差8JJF(机械)1060—2021H₀——第i校准点标准海拔，m。6.4.3选择3～5个不同经纬度及海拔的测试场景(应包括高原地区),重复以上步骤。7校准结果表达经校准的机动车便携式排放测试系统(PEMS),出具校准证书或校准报告，注明校准项目、校准用测量标准的溯源性及有效性说明、测量不确定度等(详见附录G)。8复校时间间隔复校时间间隔由送校单位自主决定，建议复校准时间间隔为1年。9JJF(机械)1060—2021CO₂分析仪示值误差测量不确定度分析A=C-C₀%%表A.1CO₂分析仪重复性测量数据则实验标准差，JJF(机械)1060—2021考虑由分辨力引入的标准不确定度，则u,(C)=h₁(C)=0.155%标准不确定度u(Co)由标准气体体积分数误差引起，经气体分割器分割得到的标准气体体积分数偏差在±1%内，应服从均匀分布，则相对标准不确定度：A.5相对合成标准不确定度标准不确定度符号来源类型标准不确定度值灵敏系数u,(C)测量重复性A0.155%1标准气体体积分数误差B0.578%A.6相对扩展不确定度U₁=2×0.60%=1.2%JJF(机械)1060—2021附录BCO分析仪示值误差测量不确定度分析B.1测量方法CO分析仪的校准采用标准气体通过气体分割器完成。以量程10.00%(体积分数)B.2数学模型A=C-C₀C——CO分析仪显示体积分数值；C₀——理论体积分数值。B.3灵敏系数B.4标准不确定度评定B.4.1标准不确定度u(C)B.4.1.1由CO分析仪测量重复性引入的标准不确定度u₁(C)(采用A类评定):在重复性条件下，用国家标准物质中心气体标准物质(CO体积分数为0.399%)在CO分析仪上进行十次气体体积分数测量，其结果见表B.1。表B.1CO分析仪重复性测量数据%0.3970.3980.3950.4000.3960.3980.3950.3940.393则实验标准差：校准中进行一次线性化检查，则相对标准不确定度：B.4.1.2由CO分析仪分辨力引入的标准不确定度u₂(C)(采用B类评定):在该量程上，CO分析仪的分辨力为0.001%,其量化误差呈一区间半宽度为0.0005%的矩形分布，则标准不确定度：JJF(机械)1060—2021B.4.1.3由重复性引入的标准不确定度大于由分辨力引入的标准不确定度，因此可以不考虑由分辨力引入的标准不确定度，则u,(C)=h,(C)=0.529%B.4.2标准不确定度u(Co)(采用B类评定)B.5相对合成标准不确定度标准不确定度汇总见表B.2。标准不确定度符号来源类型标准不确定度值灵敏系数u,(C)测量重复性A0.529%1u,(C)标准气体体积分数误差B0.578%B.6相对扩展不确定度取包含因子k=2,则相对扩展不确定度：U₁=2×0.78%≈1.6%U,=1.6%(k=2)JJF(机械)1060—2021附录CTHC分析仪示值误差测量不确定度分析C.3灵敏系数表C.1THC分析仪重复性测量数据ppmC912.1912.5911.8912.7912.9912.5913.3911.6911.4JJF(机械)1060—2021考虑由分辨力引入的标准不确定度，则u,(C)=uh₁(C)=0.066%C.4.2标准不确定度u(Co)(采用B类评定)标准不确定度u(Co)由标准气体体积分数误差引起，经气体分割器分割得到的标准气体体积分数偏差在±1%内，应服从均匀分布，则相对标准不确定度：C.5相对合成标准不确定度标准不确定度汇总见表C.2。标准不确定度符号来源类型标准不确定度值灵敏系数u,(C)测量重复性A0.066%1u,(C₀)标准气体体积分数误差B0.578%“==√e²·u²(C)+c²·u?(C)=0.59%C.6相对扩展不确定度U₁=2x0.59%≈1.2%JJF(机械)1060—2021附录DNO₄分析仪示值误差测量不确定度分析A=C-C₀D.4标准不确定度评定999.5999.8JJF(机械)1060—2021D.4.1.3由重复性引入的标准不确定度大于由分辨力引入的标准不确定度，因此可以不考虑由分辨力引入的标准不确定度，则u,(C)=th₁(C)=0.098%D.4.2标准不确定度u(Co)(采用B类评定)气体体积分数偏差在±1%内，应服从均匀分布，则相对标准不确定度：D.5相对合成标准不确定度标准不确定度汇总见表D.2。标准不确定度符号来源类型标准不确定度值灵敏系数u,(C)测量重复性A1u,(C)标准气体体积分数误差BD.6相对扩展不确定度取包含因子k-2,则相对扩展不确定度：U=2×0.59%≈1.2%上述分析及计算得到NO,分析仪示值误差测量的相对扩展不确定度：U,=1.2%(k=2)JJF(机械)1060—2021PN测量分析仪示值误差测量不确定度分析E.1测量方法定粒径、指定颗粒浓度的样气，被校PN测量分析仪和静电计(或经静电计标定过的标准粒子计数器)同时对样气颗粒浓度进行测量，比较二者的示值，以粒径为100nm、浓度为70000个/cm³的校准点为例。E.2数学模型A=y-xy——PN测量分析仪3次测量平均值，个/cm³;x——静电计(或经静电计标定过的标准粒子计数器)3次测量平均值。E.3灵敏系数E.4标准不确定度评定E.4.1由PN测量分析仪测量重复性引入的标准不确定度u(y)(采用A类评定)表E.1PN测量分析仪重复性测量数据个/cm³校准中每个浓度点做3次，则相对标准不确定度：E.4.2由颗粒计数器校准装置引入的标准不确定度u(x)(采用B类评定)颗粒计数器校准装置的总体精度是±3.5%,服从均匀分布，则相对标准不确定度：JJF(机械)1060—2021E.5相对合成标准不确定度标准不确定度汇总见表E.2。标准不确定度符号来源类型标准不确定度值灵敏系数u,(y)测量重复性A1u,(x)颗粒计数器校准装置的总体精度B2.02%U₁=2×2.38%≈4.8%上述分析及计算得到PN测量分析仪颗粒浓度示值误差测量的相对扩展不确定度：U₁=4.8%(k=2)JJF(机械)1060—2021附录F车辆速度示值误差测量不确定度分析F.1测量方法车辆速度的校准是用卫星导航信号模拟器完成的。卫星导航信号模拟器发出固定的速度信号，记录PEMS显示的车辆速度值，比较二者的示值。F.2数学模型Av=v-v₀v——PEMS3次车辆速度测量示值的算术平均值，km/h;F.3灵敏系数F.4标准不确定度评定F.4.1标准不确定度u(v)F.4.1.1由PEMS速度测量重复性引入的标准不确定度u₁(v)(采用A类评定):在重复性条件下，分别对6个校准点进行10次独立、等精度测量，测量结果见表F.1各校准点速度重复性测量数据km/h校准点测量次数标准差1234567895由表F