簡易瞬態工況法中五氣分析儀的日常標定/檢查及其影響因素的分析

余文永　黃清鳳　黃小偉　陳秋昊

(廣州市環境監測中心站，廣州 510030)

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余文永黃清鳳黃小偉陳秋昊

(廣州市環境監測中心站，廣州 510030)

摘要：在機動車排氣檢測工作中，檢測設備的符合性是十分重要的環節。廣州市自2011年起對輕型汽油車采用簡易瞬態工況法進行檢測，五氣分析儀是檢測排氣污染物濃度的分析儀器，日常的標定/檢查是確保五氣分析儀符合性的有效手段。本文依據國家相關檢測標準，結合三年的工作經驗，總結和分析了五氣分析儀標定/檢查的影響因素，并對常見的問題給出了處理方法。旨在能為相關技術人員提供參考，為儀器設備的有效運行和檢測數據的準確性提供保障。

關鍵詞：排氣檢測；簡易瞬態工況法；五氣分析儀；標定；檢查

1概況

隨著機動車保有量和環境空氣污染壓力的不斷加大，廣州市政府管理部門也不斷加大在用車的排氣污染防治工作力度，2010年5月，由市環保局、市公安局、市交委和市質監局四部門聯合印發了《關于實施機動車排氣污染定期檢查與強制維護制度的通告》(穗環〔2010〕75號)，并于2011年6月正式實施機動車排氣污染定期檢查與強制維護制度[1]。根據國家相關標準規定和廣州市機動車排氣監管需要，廣州市輕型汽油車的排氣檢測方法采用簡易瞬態工況法，重型汽油車和全時四輪驅動車輕型汽油車采用雙怠速法。

根據GB18285-2005《點燃式發動機排氣污染排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》[2](以下簡稱GB18285-2005)的要求，汽油車排氣檢測中，簡易瞬態工況法和雙怠速法均須使用氣體分析儀進行污染物濃度的分析，其中，簡易瞬態工況法使用五氣分析儀(HC、CO、CO2、NO和O2)，雙怠速法使用四氣分析儀(HC、CO、CO2和O2)。氣體分析儀是汽油車排氣檢測的重要設備，對檢測結果的準確性有直接影響，其日常標定/檢查是保障設備符合性和結果準確性的有效手段。

由于簡易瞬態工況法對氣體分析儀的精度和功能要求比雙怠速法高，滿足簡易瞬態工況法要求的五氣分析儀也能適用雙怠速法的檢測要求，為此廣州市配備的氣體分析儀均為五氣分析儀。本文通過三年日常監督檢查的積累，分析廣州市60多家排氣檢測機構在用的4個品牌五氣分析儀使用情況，并通過不同品牌分析儀的比對測試和不同級別標準氣體的使用效果測試，總結分析了五氣分析儀日常標定/檢查的影響因素，并對常見問題提出推薦性處理方法，同時對氣體分析儀的使用和要求提出建議性意見。

2簡易瞬態工況法中五氣分析儀的要求

簡易瞬態工況法中五氣分析儀應符合GB18285-2005和HJ/T290-2006《汽油車簡易瞬態工況法排氣污染物測量設備技術要求》[3](以下簡稱HJ/T290)的要求，必須配備檢測HC、CO和CO2不分光紅外檢測平臺及NO傳感器和O2傳感器，氣體壓力傳感器，相應的可控電磁閥和可控泵，反吹裝置，校準端口等元件，能按規定計算λ值(過量空氣系數)和計算PEF值(名義丙烷當量系數)，并具備測量發動機轉速、環境的溫度、大氣壓、濕度和油溫等功能，各種功能能夠通過數據傳輸在工控軟件EIS系統控制下操作。

廣州市現有60多家排氣檢測機構，使用的五氣分析儀有福立、南華、鳴泉、佛分等4個品牌，相關工控軟件有7個。

2.1　五氣分析儀的精度要求

根據GB18285-2005，兩種檢測方法進行標定/檢查時的精度要求見表1。精度要求滿足相對誤差和絕對誤差任一項即可，實際操作時，可取絕對誤差和相對誤差的較大者，還有PEF值(名義丙烷當量系數)要求在0.49～0.54范圍。

從表1可見，除了5001×10-6～9999×10-6vol量程的HC精度要求外，簡瞬態工況法的精度要求嚴于雙怠速法，如果設備經標定/檢查符合簡易瞬態工況法要求，同時也符合雙怠速法檢測方法的要求。

表1　兩種檢測方法的氣體分析儀量程和精度要求　vol

2.2　五氣分析儀的相關要求

根據GB18285-2005，五氣分析儀的檢測方法要求、工作環境要求、設備要求見表2。

2.3　簡易瞬態工況法中氣體種類、作用與要求

用于標定/檢查的標準氣體有HC、CO、CO2、NO 、O2和N26種成分，其中，高純氮氣用于儀器零點調零，作用是零點校正和清空氣室殘留；其它5種成分的高量程標準氣體用于儀器的標定，低量程標準氣體用于儀器的檢查。

根據GB18285-2005要求，標準氣體需使用不確定度1%，(簡稱一級氣)。氣體種類及其要求見表3。

表2　五氣分析儀的相關要求

表3　常用氣體的種類、作用與要求

3五氣分析儀的日常標定/檢查的操作步驟、軟件要求及頻次

3.1　標定/檢查的操作步驟

依據GB18285-2005要求，標定/檢查步驟可分3個步驟，先使用高量程標準氣體進行標定，再使用低量程標準氣體進行檢查，然后計算和判定檢查結果。

3.1.1　高標標定

抽氣(清殘留)→通高純氮氣調零(清殘留和零點校正)→通高量程標準氣體，記錄名義丙烷當量系數PEF值→測量值穩定后，按確定進行校準(校正設備)。

3.1.2低標檢查

抽氣(清殘留)→通高純氮氣(清殘留)→通低量程標準氣體，記錄名義丙烷當量系數PEF值→測量值穩定后，按確定進行記錄(保存低標檢查結果)。

3.1.3　結果計算和判定

觀察通入高量程標準氣體和低量程標準氣體的2個PEF值是否符合0.49～0.54的要求； HC、CO、CO2、NO和O25個項目測量值和標氣的標準值比較，各項的精度要求須滿足相對誤差和絕對誤差任一項。需要注意的是，HC的標準值是標氣的丙烷標準值乘以低量程標準氣體時的PEF值；在用的分析儀中，設備顯示的HC測量值是經PEF值修正計算的數值。

3.2　標定/檢查操作的工控軟件要求

標定/檢查操作必須在工況軟件EIS的控制下進行，工況軟件能按3.1的步驟操作，并具備下列功能：控制標定氣、檢查氣、環境空氣和零氣等進氣口的開關；選擇標定或檢查功能；顯示 HC、CO、CO2、NO和O2及PEF并值等項目測量值，并可錄入不同量程標氣的標準值；標氣檢查的操作應設置測量響應時間，檢查完成后自動計算顯示各項目的測量誤差(包括相對誤差和絕對誤差)和判定結果；可根據標氣的成分分別或組合進行HC、CO、CO2、NO、O2的標定和檢查，結果各自保存和整合并實時上傳到環保管理部門的信息管理系統。

3.3　日常標定/檢查操作頻率

定期標定/檢查是保證分析儀有效性和準確性的必要手段，是檢測機構出具準確數據的有效質量控制關鍵環節。

關于五氣分析儀標定/檢查操作頻率，GB18285-2005中未對簡易瞬態工況法進行說明； HJ/T290-2006的要求是：儀器經標定/檢查后，在每次新的檢測開始前，必須進行HC、CO、CO2和NO的零點校正和O2的量距點校正；五氣分析儀最近一次的校準日期應存儲在非易失性存儲器內或硬盤內，并在狀態面中顯示，如果非易失性存儲器或硬盤更換時造成日期和時間變動超過48小時，應重新進行校準/檢查。可見這兩個標準均未有具體要求。

廣州市在用的4個品牌的五氣分析儀說明書，要求標定/檢查頻率為3~6個月一次。說明設備生產者認為其生產的五氣分析儀經標定/檢查合格后，設備可穩定3個月或以上。

廣州市經過對在用全部品牌的五氣分析儀穩定性進行比對試驗后，考慮到排氣檢測一般集中在工作日，而且檢測數量較大，平均每家檢測機構日檢測量在80～120輛，綜合時間、數量、設備穩定性等因素規定檢測機構標定/檢查操作頻率為每周一次，管理部門結合巡查進行不定期抽查[4]。

目前全市檢驗機構按照1次/每周的頻率進行日常標定/自檢，在每周第一個工作日進行，如工作日間斷，則需在新工作的第一天進行標定/自檢，結果經監管系統實時上傳環保管理部門報備；環保部門不定期對檢測機構進行現場抽查，預防出現監管上的漏洞。

4影響標定/檢查結果的因素分析

4.1　五氣分析儀的精度

不分光紅外檢測平臺和NO傳感器 、O2傳感器是影響五氣分析儀精度的關鍵部件。經檢定合格的分析儀，如不進行恰當的日常維護，會使不分光紅外檢測平臺和NO傳感器、O2傳感器精度降低，檢測值不準確；而NO傳感器和O2傳感器的使用壽命一般為1年至1.5年，正常使用超過一定時間，它們的精度會下降，且響應時間變長，造成檢測值不準確。

4.2　標準氣體的精度

GB18285-2005要求標定/檢查時使用的標準氣體精度為一級氣，即不確定為1%。不確定度越大，引入的誤差也會加大。

目前國家計量研究院供應的一級標氣，有HC、CO、CO2和NO是四組分混合氣體，也有NO 獨立配置，其它三組分組成混合氣體，NO獨立配置能提高標氣穩定性。

根據表1分析儀的精度要求，絕對誤差和相對誤差滿足任一項即可，可取絕對誤差和相對誤差的較大者，對于低量程的標準值，一般情況多以絕對誤差衡量。我們采用標準氣體進行比對測試，HC的精度要求為4×10-6，低標檢查要達到要求有一定難度，而NO的精度要求為25×10-6，低標檢查可以達到要求。

由于NO標氣配置要求較高，能供應一級氣的廠家較少，都到國家計量院采購一級標氣，其時間和數量難以保障，結合比對測試結果，本地采用準一級氣，其HC、CO、CO2不確定為1%，NO 不確定為2%，以解決和滿足標準氣體精度對標定/檢查的要求。

4.3　標準氣體的壓力

對于標準氣體的通入的壓力，不同品牌的五氣分析儀在儀器使用說明書中明確，廣州在用的儀器中主要是控制在0.02 MPa或0.1MPa兩種，主要是控制限定壓力下進入氣室的氣體流量符合設備設定要求(一般流量要求為約20mL/s)。如果通入的氣壓和規定氣壓不符，會導致標定/檢查結果不準確。如果通入氣體壓力過低時，設備響應時間過長，測量值偏低；通入氣體壓力過高時，有的設備測量值偏高，而且氣體的消耗量大。

5標定/檢查時常見問題及其處理方法

在日常標定/檢查時，常見的問題主要是檢查結果整體偏低、整體偏高、個別項目偏低、響應及穩定時間過長及測量值穩定的判定等五個方面。

5.1　檢查結果整體偏低

1.標定前未用高純氮氣作為零氣調零

簡易瞬態工況法對五氣分析儀的精度要求高，如果用空氣調零，環境空氣污染物會影響零點校正，致使各項目檢查時結果偏低。

正確的操作是：標定前抽氣后需通入高純氮氣作為零氣進行儀器調零。

2.五氣分析儀的精度下降

如果氣室有積塵或有液體進入氣室，會導致不分光紅外檢測平臺、NO傳感器和 O2傳感器精度下降，甚至直接報廢。五氣分析儀進行排氣檢測時外接取樣系統，如果五氣分析的濾芯和取樣系統的濾芯未及時更換，取樣系統水分離器的液體未及時清理，被灰塵和液體進入氣室會嚴重影響分析儀精度。

正確的操作是：排氣檢測時需及時更換幾級濾芯，做好水分離器清理工作，特別是某些氣候條件下機動車尾氣的水蒸氣濃度過高，同時還需防止在用水清洗車輛排氣管水未排干的情況下對車輛進行檢測。

3.標準氣體壓力偏低

如果通入標準氣體壓力偏低時，設備響應時間長且測量值偏低。

正確的操作是：根據儀器使用說明書的要求控制氣體壓力。目前解決方式有兩種，一種是五氣分析儀出廠時已在進氣口增加穩流或穩壓裝置，第二種是，如果分析儀無相關穩定裝置的，采取在連接標氣瓶和進氣口間外接轉子(浮子)流量計，這兩種方式都是確保進入氣室的氣體氣壓符合設備規定氣壓。在進氣口安裝穩流或穩壓裝置，是部分較為先進五氣分析儀使用的方式，使設備受外界的影響較小，既方便操作，又節省標準氣體；外接轉子(浮子)流量計，是化解五氣分析儀的結構缺陷，控制標準氣體壓力的較為可行和經濟有效的方法。

5.2　檢查結果中整體偏高。

通入標準氣體壓力偏高時，檢查測量值會出現整體偏高，而且會造成標準氣體的消耗量過大。

正確的操作是：根據儀器使用說明書的要求控制氣體壓力。可參考5.1的第三項的操作。

5.3　檢查結果中個別項目偏低。

1.個別項目偏低。

人員操作有誤或標準氣體不合符要求。

正確的操作是：重新進行標定/檢查，仔細檢查標準氣體的精度、有效期是否符合要求，注意錄入標準值和選擇標定/檢查的項目必須正確，并嚴格按照3.1的步驟操作。

2.NO或 O2項目偏低

可能是NO或O2傳感器老化。

正確的操作是：在排除人為操作因素和標準氣體等因素后，重新進行標定/檢查仍然出現結果偏低現象，須更換NO或O2傳感器；O2傳感器有效壽命一般為1年， NO傳感器有效壽命一般為1年至1.5年。

5.4　檢查測量值響應及穩定時間過長。

檢查前未用高純氮氣(零氣)清除殘留物。如果檢查前只抽空氣反吹，未通入高純氮氣，會造成影響成分清除不徹底，使通入檢查氣達到濃度值穩定的時間變長，氣室內的不分光紅外檢測平臺和O2傳感器和NO傳感器有殘留而導致檢查結果偏差大。NO傳感器容易有吸附，特別是標定和檢查間隔的時間較短，有時設備剛剛顯示NO為零，其實仍然有殘留物。

正確的操作是：檢查前用高純氮氣清理氣室，最好在NO顯示為零后繼續通氣5秒。

5.5　測量值穩定的判定。

在通入標準氣體后，須判定測量值的穩定再進入下一步的操作，否則會影響標定/檢查的準確度。

正確的操作是：根據不同項目分析方法的特點，HC、CO 和CO2要保持5秒不波動可判定測量值穩定，NO和O2兩項約10秒內在小范圍內波動可判定測量值穩定。在工控軟件設定的標定/檢查操作功能中，應當根據設備響應時間，計算設備響應至穩定的時間，即通入符合規定氣壓的檢查氣體到檢測值達到穩定的總體時間，目前廣州在用的分析儀一般設置時間在15～20秒。

6建議

GB18285-2005已頒布實施近10年，建議根據實施情況進行修改。通過3年實踐和應用，我們建議對于簡易瞬態工況法中五氣分析儀的標定/檢查環節可明確和完善以下相關內容。

(1)有關五氣分析儀的精度要求。根據GB18285-2005中簡易瞬態工況法五氣分析儀四個項目的精度要求，HC要求為4×10-6vol，比雙怠速法的要求12×10-6vol、穩態工況測量法10×10-6vol相比，精度要求較高，通過實際應用，按照目前的設備和標準氣體的狀況，達到精度要求有一定難度，建議考慮將HC精度要求放寬到6×10-6vol。

(2)有關標準氣體的精度要求。由于NO穩定性較低，標氣配置要求較高，能供應一級氣的廠家較少，同時依據低量程的精度要求，適當放寬不同項目標準氣體的精度要求，建議可根據各地實際情況，選用不確定為2%的NO標準氣體。

(3)有關氧氣標準氣體的要求。GB18285-2005中簡易瞬態工況法只提及濃度約為20.8%的要求，與HC、CO、CO2、NO有高低量程氣體的明確要求不同，對氧氣的低標氣體沒有明確和要求，由于車輛在簡易瞬態工況法檢測過程，O2濃度在較低的水平，一般為0～5%，建議標準修訂時增加進行氧氣的低標氣體檢查內容。

(4)有關標定/檢查的頻次要求。標準中對簡易瞬態工況法中五氣分析儀日常標定/檢查的頻率沒有詳細的規定，建議標準修訂時增加這方面內容。

(5)有關氣象環境的使用條件。根據GB18285-2005，五氣分析儀使用氣象環境的要求是溫度：0～400C，濕度：0%～85%。廣州屬于南方城市，每年春夏會出高濕、高溫氣候，檢測機構普遍環境設計為開放型，車輛候檢和排氣檢測時必須保持適當的油溫、水溫，加上高溫的廢氣和儀器自身產熱，在夏季檢測機構的工況線現場常會超過400C，而春季時濕度時常超過85%，現在的分析儀設計時已經用足夠的氣體流動來防止自身溫度過高，國家在修訂標準時能否適當放寬設備使用氣象環境要求，建議溫度為0～45%，濕度放寬至95%。

參考文獻

[1] 張國雄，李曉通，等.廣州市實施機動車排氣定期檢驗效果分析.[J]廣州環境科學，2013.4(28)：1-4.

[2] GB18285-2005，點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法[S]. 北京：國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫局，2005年.

[3] HJ/T290-2006，汽油車簡易瞬態工況法排氣污染物測量設備技術要求[S] .北京：國家環境保護總局，2006年.

[4] 黃清鳳、余文永，等.廣州市機動車排氣檢測儀器設備維護與自檢探析.[J]分析儀器，2014，(3)：95-99.

Influencing factor analysis of daily calibration and examination of five-gas analysis meter in simple transient driving mode.

YuWenyong;HuangQingfeng;HuangXiaowei;ChenQiuhao

(GuangzhouEnvironmentalMonitoringCenter,Guangzhou510030,China)

Abstract:Five-gas analysis meter is used to detect the amount of exhaust pollution. Daily calibration and examination is effective way to ensure the conformance of equipment. Combining national standards and our work experience, the influencing factors in the calibration and examination of five-gas analysis meter were summarized and analyzed in this paper.

Key words：emission detecting; simple transient driving mode; five-gas analysis meter; calibration;examination

收稿日期：2014-10-11

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.017

作者簡介：余文永，男，1972年出生，大學本科，工程師，廣州市環境監測中心站，主要從事機動車排氣檢測業務管理工作，E-mail：184277524@qq.com。