简易瞬态工况法中五气分析仪的日常标定/检查及其影响因素的分析

余文永　黄清凤　黄小伟　陈秋昊

(广州市环境监测中心站，广州 510030)



余文永黄清凤黄小伟陈秋昊

(广州市环境监测中心站，广州 510030)

摘要：在机动车排气检测工作中，检测设备的符合性是十分重要的环节。广州市自2011年起对轻型汽油车采用简易瞬态工况法进行检测，五气分析仪是检测排气污染物浓度的分析仪器，日常的标定/检查是确保五气分析仪符合性的有效手段。本文依据国家相关检测标准，结合三年的工作经验，总结和分析了五气分析仪标定/检查的影响因素，并对常见的问题给出了处理方法。旨在能为相关技术人员提供参考，为仪器设备的有效运行和检测数据的准确性提供保障。

关键词：排气检测；简易瞬态工况法；五气分析仪；标定；检查

1概况

随着机动车保有量和环境空气污染压力的不断加大，广州市政府管理部门也不断加大在用车的排气污染防治工作力度，2010年5月，由市环保局、市公安局、市交委和市质监局四部门联合印发了《关于实施机动车排气污染定期检查与强制维护制度的通告》(穗环〔2010〕75号)，并于2011年6月正式实施机动车排气污染定期检查与强制维护制度[1]。根据国家相关标准规定和广州市机动车排气监管需要，广州市轻型汽油车的排气检测方法采用简易瞬态工况法，重型汽油车和全时四轮驱动车轻型汽油车采用双怠速法。

根据GB18285-2005《点燃式发动机排气污染排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》[2](以下简称GB18285-2005)的要求，汽油车排气检测中，简易瞬态工况法和双怠速法均须使用气体分析仪进行污染物浓度的分析，其中，简易瞬态工况法使用五气分析仪(HC、CO、CO2、NO和O2)，双怠速法使用四气分析仪(HC、CO、CO2和O2)。气体分析仪是汽油车排气检测的重要设备，对检测结果的准确性有直接影响，其日常标定/检查是保障设备符合性和结果准确性的有效手段。

由于简易瞬态工况法对气体分析仪的精度和功能要求比双怠速法高，满足简易瞬态工况法要求的五气分析仪也能适用双怠速法的检测要求，为此广州市配备的气体分析仪均为五气分析仪。本文通过三年日常监督检查的积累，分析广州市60多家排气检测机构在用的4个品牌五气分析仪使用情况，并通过不同品牌分析仪的比对测试和不同级别标准气体的使用效果测试，总结分析了五气分析仪日常标定/检查的影响因素，并对常见问题提出推荐性处理方法，同时对气体分析仪的使用和要求提出建议性意见。

2简易瞬态工况法中五气分析仪的要求

简易瞬态工况法中五气分析仪应符合GB18285-2005和HJ/T290-2006《汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求》[3](以下简称HJ/T290)的要求，必须配备检测HC、CO和CO2不分光红外检测平台及NO传感器和O2传感器，气体压力传感器，相应的可控电磁阀和可控泵，反吹装置，校准端口等元件，能按规定计算λ值(过量空气系数)和计算PEF值(名义丙烷当量系数)，并具备测量发动机转速、环境的温度、大气压、湿度和油温等功能，各种功能能够通过数据传输在工控软件EIS系统控制下操作。

广州市现有60多家排气检测机构，使用的五气分析仪有福立、南华、鸣泉、佛分等4个品牌，相关工控软件有7个。

2.1　五气分析仪的精度要求

根据GB18285-2005，两种检测方法进行标定/检查时的精度要求见表1。精度要求满足相对误差和绝对误差任一项即可，实际操作时，可取绝对误差和相对误差的较大者，还有PEF值(名义丙烷当量系数)要求在0.49～0.54范围。

从表1可见，除了5001×10-6～9999×10-6vol量程的HC精度要求外，简瞬态工况法的精度要求严于双怠速法，如果设备经标定/检查符合简易瞬态工况法要求，同时也符合双怠速法检测方法的要求。

表1　两种检测方法的气体分析仪量程和精度要求　vol

2.2　五气分析仪的相关要求

根据GB18285-2005，五气分析仪的检测方法要求、工作环境要求、设备要求见表2。

2.3　简易瞬态工况法中气体种类、作用与要求

用于标定/检查的标准气体有HC、CO、CO2、NO 、O2和N26种成分，其中，高纯氮气用于仪器零点调零，作用是零点校正和清空气室残留；其它5种成分的高量程标准气体用于仪器的标定，低量程标准气体用于仪器的检查。

根据GB18285-2005要求，标准气体需使用不确定度1%，(简称一级气)。气体种类及其要求见表3。

表2　五气分析仪的相关要求

表3　常用气体的种类、作用与要求

3五气分析仪的日常标定/检查的操作步骤、软件要求及频次

3.1　标定/检查的操作步骤

依据GB18285-2005要求，标定/检查步骤可分3个步骤，先使用高量程标准气体进行标定，再使用低量程标准气体进行检查，然后计算和判定检查结果。

3.1.1　高标标定

抽气(清残留)→通高纯氮气调零(清残留和零点校正)→通高量程标准气体，记录名义丙烷当量系数PEF值→测量值稳定后，按确定进行校准(校正设备)。

3.1.2低标检查

抽气(清残留)→通高纯氮气(清残留)→通低量程标准气体，记录名义丙烷当量系数PEF值→测量值稳定后，按确定进行记录(保存低标检查结果)。

3.1.3　结果计算和判定

观察通入高量程标准气体和低量程标准气体的2个PEF值是否符合0.49～0.54的要求； HC、CO、CO2、NO和O25个项目测量值和标气的标准值比较，各项的精度要求须满足相对误差和绝对误差任一项。需要注意的是，HC的标准值是标气的丙烷标准值乘以低量程标准气体时的PEF值；在用的分析仪中，设备显示的HC测量值是经PEF值修正计算的数值。

3.2　标定/检查操作的工控软件要求

标定/检查操作必须在工况软件EIS的控制下进行，工况软件能按3.1的步骤操作，并具备下列功能：控制标定气、检查气、环境空气和零气等进气口的开关；选择标定或检查功能；显示 HC、CO、CO2、NO和O2及PEF并值等项目测量值，并可录入不同量程标气的标准值；标气检查的操作应设置测量响应时间，检查完成后自动计算显示各项目的测量误差(包括相对误差和绝对误差)和判定结果；可根据标气的成分分别或组合进行HC、CO、CO2、NO、O2的标定和检查，结果各自保存和整合并实时上传到环保管理部门的信息管理系统。

3.3　日常标定/检查操作频率

定期标定/检查是保证分析仪有效性和准确性的必要手段，是检测机构出具准确数据的有效质量控制关键环节。

关于五气分析仪标定/检查操作频率，GB18285-2005中未对简易瞬态工况法进行说明； HJ/T290-2006的要求是：仪器经标定/检查后，在每次新的检测开始前，必须进行HC、CO、CO2和NO的零点校正和O2的量距点校正；五气分析仪最近一次的校准日期应存储在非易失性存储器内或硬盘内，并在状态面中显示，如果非易失性存储器或硬盘更换时造成日期和时间变动超过48小时，应重新进行校准/检查。可见这两个标准均未有具体要求。

广州市在用的4个品牌的五气分析仪说明书，要求标定/检查频率为3~6个月一次。说明设备生产者认为其生产的五气分析仪经标定/检查合格后，设备可稳定3个月或以上。

广州市经过对在用全部品牌的五气分析仪稳定性进行比对试验后，考虑到排气检测一般集中在工作日，而且检测数量较大，平均每家检测机构日检测量在80～120辆，综合时间、数量、设备稳定性等因素规定检测机构标定/检查操作频率为每周一次，管理部门结合巡查进行不定期抽查[4]。

目前全市检验机构按照1次/每周的频率进行日常标定/自检，在每周第一个工作日进行，如工作日间断，则需在新工作的第一天进行标定/自检，结果经监管系统实时上传环保管理部门报备；环保部门不定期对检测机构进行现场抽查，预防出现监管上的漏洞。

4影响标定/检查结果的因素分析

4.1　五气分析仪的精度

不分光红外检测平台和NO传感器 、O2传感器是影响五气分析仪精度的关键部件。经检定合格的分析仪，如不进行恰当的日常维护，会使不分光红外检测平台和NO传感器、O2传感器精度降低，检测值不准确；而NO传感器和O2传感器的使用寿命一般为1年至1.5年，正常使用超过一定时间，它们的精度会下降，且响应时间变长，造成检测值不准确。

4.2　标准气体的精度

GB18285-2005要求标定/检查时使用的标准气体精度为一级气，即不确定为1%。不确定度越大，引入的误差也会加大。

目前国家计量研究院供应的一级标气，有HC、CO、CO2和NO是四组分混合气体，也有NO 独立配置，其它三组分组成混合气体，NO独立配置能提高标气稳定性。

根据表1分析仪的精度要求，绝对误差和相对误差满足任一项即可，可取绝对误差和相对误差的较大者，对于低量程的标准值，一般情况多以绝对误差衡量。我们采用标准气体进行比对测试，HC的精度要求为4×10-6，低标检查要达到要求有一定难度，而NO的精度要求为25×10-6，低标检查可以达到要求。

由于NO标气配置要求较高，能供应一级气的厂家较少，都到国家计量院采购一级标气，其时间和数量难以保障，结合比对测试结果，本地采用准一级气，其HC、CO、CO2不确定为1%，NO 不确定为2%，以解决和满足标准气体精度对标定/检查的要求。

4.3　标准气体的压力

对于标准气体的通入的压力，不同品牌的五气分析仪在仪器使用说明书中明确，广州在用的仪器中主要是控制在0.02 MPa或0.1MPa两种，主要是控制限定压力下进入气室的气体流量符合设备设定要求(一般流量要求为约20mL/s)。如果通入的气压和规定气压不符，会导致标定/检查结果不准确。如果通入气体压力过低时，设备响应时间过长，测量值偏低；通入气体压力过高时，有的设备测量值偏高，而且气体的消耗量大。

5标定/检查时常见问题及其处理方法

在日常标定/检查时，常见的问题主要是检查结果整体偏低、整体偏高、个别项目偏低、响应及稳定时间过长及测量值稳定的判定等五个方面。

5.1　检查结果整体偏低

1.标定前未用高纯氮气作为零气调零

简易瞬态工况法对五气分析仪的精度要求高，如果用空气调零，环境空气污染物会影响零点校正，致使各项目检查时结果偏低。

正确的操作是：标定前抽气后需通入高纯氮气作为零气进行仪器调零。

2.五气分析仪的精度下降

如果气室有积尘或有液体进入气室，会导致不分光红外检测平台、NO传感器和 O2传感器精度下降，甚至直接报废。五气分析仪进行排气检测时外接取样系统，如果五气分析的滤芯和取样系统的滤芯未及时更换，取样系统水分离器的液体未及时清理，被灰尘和液体进入气室会严重影响分析仪精度。

正确的操作是：排气检测时需及时更换几级滤芯，做好水分离器清理工作，特别是某些气候条件下机动车尾气的水蒸气浓度过高，同时还需防止在用水清洗车辆排气管水未排干的情况下对车辆进行检测。

3.标准气体压力偏低

如果通入标准气体压力偏低时，设备响应时间长且测量值偏低。

正确的操作是：根据仪器使用说明书的要求控制气体压力。目前解决方式有两种，一种是五气分析仪出厂时已在进气口增加稳流或稳压装置，第二种是，如果分析仪无相关稳定装置的，采取在连接标气瓶和进气口间外接转子(浮子)流量计，这两种方式都是确保进入气室的气体气压符合设备规定气压。在进气口安装稳流或稳压装置，是部分较为先进五气分析仪使用的方式，使设备受外界的影响较小，既方便操作，又节省标准气体；外接转子(浮子)流量计，是化解五气分析仪的结构缺陷，控制标准气体压力的较为可行和经济有效的方法。

5.2　检查结果中整体偏高。

通入标准气体压力偏高时，检查测量值会出现整体偏高，而且会造成标准气体的消耗量过大。

正确的操作是：根据仪器使用说明书的要求控制气体压力。可参考5.1的第三项的操作。

5.3　检查结果中个别项目偏低。

1.个别项目偏低。

人员操作有误或标准气体不合符要求。

正确的操作是：重新进行标定/检查，仔细检查标准气体的精度、有效期是否符合要求，注意录入标准值和选择标定/检查的项目必须正确，并严格按照3.1的步骤操作。

2.NO或 O2项目偏低

可能是NO或O2传感器老化。

正确的操作是：在排除人为操作因素和标准气体等因素后，重新进行标定/检查仍然出现结果偏低现象，须更换NO或O2传感器；O2传感器有效寿命一般为1年， NO传感器有效寿命一般为1年至1.5年。

5.4　检查测量值响应及稳定时间过长。

检查前未用高纯氮气(零气)清除残留物。如果检查前只抽空气反吹，未通入高纯氮气，会造成影响成分清除不彻底，使通入检查气达到浓度值稳定的时间变长，气室内的不分光红外检测平台和O2传感器和NO传感器有残留而导致检查结果偏差大。NO传感器容易有吸附，特别是标定和检查间隔的时间较短，有时设备刚刚显示NO为零，其实仍然有残留物。

正确的操作是：检查前用高纯氮气清理气室，最好在NO显示为零后继续通气5秒。

5.5　测量值稳定的判定。

在通入标准气体后，须判定测量值的稳定再进入下一步的操作，否则会影响标定/检查的准确度。

正确的操作是：根据不同项目分析方法的特点，HC、CO 和CO2要保持5秒不波动可判定测量值稳定，NO和O2两项约10秒内在小范围内波动可判定测量值稳定。在工控软件设定的标定/检查操作功能中，应当根据设备响应时间，计算设备响应至稳定的时间，即通入符合规定气压的检查气体到检测值达到稳定的总体时间，目前广州在用的分析仪一般设置时间在15～20秒。

6建议

GB18285-2005已颁布实施近10年，建议根据实施情况进行修改。通过3年实践和应用，我们建议对于简易瞬态工况法中五气分析仪的标定/检查环节可明确和完善以下相关内容。

(1)有关五气分析仪的精度要求。根据GB18285-2005中简易瞬态工况法五气分析仪四个项目的精度要求，HC要求为4×10-6vol，比双怠速法的要求12×10-6vol、稳态工况测量法10×10-6vol相比，精度要求较高，通过实际应用，按照目前的设备和标准气体的状况，达到精度要求有一定难度，建议考虑将HC精度要求放宽到6×10-6vol。

(2)有关标准气体的精度要求。由于NO稳定性较低，标气配置要求较高，能供应一级气的厂家较少，同时依据低量程的精度要求，适当放宽不同项目标准气体的精度要求，建议可根据各地实际情况，选用不确定为2%的NO标准气体。

(3)有关氧气标准气体的要求。GB18285-2005中简易瞬态工况法只提及浓度约为20.8%的要求，与HC、CO、CO2、NO有高低量程气体的明确要求不同，对氧气的低标气体没有明确和要求，由于车辆在简易瞬态工况法检测过程，O2浓度在较低的水平，一般为0～5%，建议标准修订时增加进行氧气的低标气体检查内容。

(4)有关标定/检查的频次要求。标准中对简易瞬态工况法中五气分析仪日常标定/检查的频率没有详细的规定，建议标准修订时增加这方面内容。

(5)有关气象环境的使用条件。根据GB18285-2005，五气分析仪使用气象环境的要求是温度：0～400C，湿度：0%～85%。广州属于南方城市，每年春夏会出高湿、高温气候，检测机构普遍环境设计为开放型，车辆候检和排气检测时必须保持适当的油温、水温，加上高温的废气和仪器自身产热，在夏季检测机构的工况线现场常会超过400C，而春季时湿度时常超过85%，现在的分析仪设计时已经用足够的气体流动来防止自身温度过高，国家在修订标准时能否适当放宽设备使用气象环境要求，建议温度为0～45%，湿度放宽至95%。

参考文献

[1] 张国雄，李晓通，等.广州市实施机动车排气定期检验效果分析.[J]广州环境科学，2013.4(28)：1-4.

[2] GB18285-2005，点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法[S]. 北京：国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫局，2005年.

[3] HJ/T290-2006，汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求[S] .北京：国家环境保护总局，2006年.

[4] 黄清凤、余文永，等.广州市机动车排气检测仪器设备维护与自检探析.[J]分析仪器，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

作者简介：余文永，男，1972年出生，大学本科，工程师，广州市环境监测中心站，主要从事机动车排气检测业务管理工作，E-mail：184277524@qq.com。