輕型汽車蒸發污染物排放測量不確定度評定

覃馨瑩

（廣東汽車檢測中心有限公司，廣東 佛山 528061）

1 測量概述

根據GB 18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》中附錄 F的規定，蒸發污染物排放試驗用于確定由于晝夜溫度波動、停車期間熱浸所產生的THC（碳氫污染物排放量，以下簡稱為THC），測定熱浸THC排放(1h)、測定晝夜換氣THC排放(24h)，車輛蒸發污染物排放總量為熱浸THC排放與晝夜換氣THC排放之和。為了評定輕型汽車蒸發污染物排放總量測量結果的置信水平及置信范圍，本文將對輕型汽車蒸發污染物排放總量的測量進行不確定度的評定，評定所依據的方法為JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。文中測量THC的所使用設備型號為MEXA-1170的HFID，所使用密閉室的基本體積為66.2m3。

根據JJF 1059.1-2012對不確定度的評定方法，其流程如下圖1：

圖1 不確定度評定流程

2 建立數學模型

根據GB 18352.5-2013，蒸發污染物排放量由THC濃度、密閉室內溫度和壓力的初始讀數和終了讀數以及密閉室的凈容積計算得到，根據測量原理及設備原理建立如下數學模型公式（1）：

即，單次取樣結果計算公式（2）如下：

MTHC為碳氫化合物質量，單位為 g；k為1.2×（12+H/C），H/C為碳氫比，對于晝夜換氣試驗，H/C取2.33；對于熱浸試驗，H/C取2.20（在本文中可將k看做常數）；V為經汽車容積（車窗和行李箱打開）校正后的密閉室凈容積，如果未確定汽車容積，則減去 1.42m3；CTHC為密閉室內 THC濃度，ppmC1當量；P為密閉室內壓力，kPa；T為密閉室內環境溫度，K；i為初始讀數下標；

f：終了讀數下標。

蒸發污染物總量Mtest由熱浸THC排放MTHC,1h與晝夜換氣THC排放MTHC,24h之和決定，即：

3 測量不確定度來源分析

由數學模型分析得到不確定度主要來源由THC濃度、密閉室內環境溫度和壓力構成，在這些輸入量的測量過程中，人員操作重復性、被測樣品穩定性、密閉室體積變化、密閉室內濕度等都會對測量結果帶來影響。該數學模型顯然沒有包括所有測量不確定度來源，用魚刺圖（圖 2）來分析影響測量不確定度的各個分量，對這些分量可用A、B兩類評定方法進行評定。對于人員操作、被測樣品穩定性、密閉室體積變化、密閉室內濕度對測量結果帶來的影響用A類評定方法。對于密閉室內溫度、密閉室內壓力、測量CTHC時HFID的線性、重復性、零漂以及標氣帶來的不確定度使用B類評定方法。

圖2 不確定度影響構成

4 A類標準不確定度評定

人員操作的重復性、被測樣品穩定性、密閉室體積變化、密閉室內濕度都會對測量結果產生影響，由此帶來的不確定度分量可采用A類評定方法，在相同條件下獨立進行3次重復試驗，取得一組測量結果。使用極差法計算單次測量實驗標準差uA，，n為測量次數，R為n次測量的極差，C為極差系數1.69（根據JJF 1059.1-2012中4.3.2.3查表得到）。測量及計算結果見下表1：

表1 A類評定測量及計算結果

5 B類標準不確定度評定

根據數學模型可知，B類不確定度由HFID測得的CTHC不確定度uCTHC、密閉室內壓力P不確定度uP、密閉室溫度T不確定度uT組成，各分量互不相關。本次測量結果見下表2：

表2 B類評定測量結果

5.1 HFID測得CTHC不確定度ucTHC的評定

根據設備資料得知，HFID的線性度為±1%fs、干擾為±1%fs、重復性為±1%fs、零漂為±2%fs（環境溫度為 20℃±5℃時，8小時讀數），以上測量結果服從均勻分布；標氣的不確定度u標氣為±2%（K=2）。由于HFID每次取樣前均進行了標定，在取樣分析時刻可近似認為其零漂為 0。故本次測量中CTHC的不確定度uCTHC評定如下公式（4）：

則

5.2 密閉室內壓力P不確定度uP的評定

根據設備資料得知，壓力傳感器的精度為±0.003KPa,服從均勻分布，則uP為：

5.3 密閉室溫度T不確定度uT的評定

密閉室內的溫度T由左右兩個Pt100的溫度傳感器的平均值得出，從資料可知，Pt100的最大允許誤差為±0.1K，服從均勻分布，則單個傳感器的不確定度為，根據JJF 1059.1-2012中4.4.2.2公式(28)，合成溫度T的相對標準不確定度uT：

5.4 標準不確定度的合成

單次采樣計算結果按公式（2）進行，各輸入量間相互獨立，根據JJF 1059.1-2012中4.4.1公式（24），不確定度按下公式（5）合成：

在數學模型公式（1）中，單次試驗結果為前后兩次取樣的結果（公式（2））相減，是相關量，但引起其相關的量CTHC、P、T為其自身的合成分量，因此在計算其合成不確定度時無需再引入協方差或相關系數，則MTHC的B類標準不確定度根據JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)及下列公式（6）和（7）來合成：

則：

根據綜合結果計算公式（3）及JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)，B類標準不確定度uB按以下公式（8）進行合成：

6 蒸發污染物排放總量MTHC合成標準不確定度

根據JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)可按下公式（9）合成標準不確定度uC：

則：uC=0.009988 g

本次試驗結果測量合成標準不確定度如下表3：

7 擴展不確定度

依國際慣例，直接取包含因子 k=2，則擴展不確定度 U為：

8 不確定度報告

本次試驗結果測量不確定度報告如下表4：

表4 不確定度報告結果