轻型汽车蒸发污染物排放测量不确定度评定

覃馨莹

（广东汽车检测中心有限公司，广东 佛山 528061）

1 测量概述

根据GB 18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》中附录 F的规定，蒸发污染物排放试验用于确定由于昼夜温度波动、停车期间热浸所产生的THC（碳氢污染物排放量，以下简称为THC），测定热浸THC排放(1h)、测定昼夜换气THC排放(24h)，车辆蒸发污染物排放总量为热浸THC排放与昼夜换气THC排放之和。为了评定轻型汽车蒸发污染物排放总量测量结果的置信水平及置信范围，本文将对轻型汽车蒸发污染物排放总量的测量进行不确定度的评定，评定所依据的方法为JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。文中测量THC的所使用设备型号为MEXA-1170的HFID，所使用密闭室的基本体积为66.2m3。

根据JJF 1059.1-2012对不确定度的评定方法，其流程如下图1：

图1 不确定度评定流程

2 建立数学模型

根据GB 18352.5-2013，蒸发污染物排放量由THC浓度、密闭室内温度和压力的初始读数和终了读数以及密闭室的净容积计算得到，根据测量原理及设备原理建立如下数学模型公式（1）：

即，单次取样结果计算公式（2）如下：

MTHC为碳氢化合物质量，单位为 g；k为1.2×（12+H/C），H/C为碳氢比，对于昼夜换气试验，H/C取2.33；对于热浸试验，H/C取2.20（在本文中可将k看做常数）；V为经汽车容积（车窗和行李箱打开）校正后的密闭室净容积，如果未确定汽车容积，则减去 1.42m3；CTHC为密闭室内 THC浓度，ppmC1当量；P为密闭室内压力，kPa；T为密闭室内环境温度，K；i为初始读数下标；

f：终了读数下标。

蒸发污染物总量Mtest由热浸THC排放MTHC,1h与昼夜换气THC排放MTHC,24h之和决定，即：

3 测量不确定度来源分析

由数学模型分析得到不确定度主要来源由THC浓度、密闭室内环境温度和压力构成，在这些输入量的测量过程中，人员操作重复性、被测样品稳定性、密闭室体积变化、密闭室内湿度等都会对测量结果带来影响。该数学模型显然没有包括所有测量不确定度来源，用鱼刺图（图 2）来分析影响测量不确定度的各个分量，对这些分量可用A、B两类评定方法进行评定。对于人员操作、被测样品稳定性、密闭室体积变化、密闭室内湿度对测量结果带来的影响用A类评定方法。对于密闭室内温度、密闭室内压力、测量CTHC时HFID的线性、重复性、零漂以及标气带来的不确定度使用B类评定方法。

图2 不确定度影响构成

4 A类标准不确定度评定

人员操作的重复性、被测样品稳定性、密闭室体积变化、密闭室内湿度都会对测量结果产生影响，由此带来的不确定度分量可采用A类评定方法，在相同条件下独立进行3次重复试验，取得一组测量结果。使用极差法计算单次测量实验标准差uA，，n为测量次数，R为n次测量的极差，C为极差系数1.69（根据JJF 1059.1-2012中4.3.2.3查表得到）。测量及计算结果见下表1：

表1 A类评定测量及计算结果

5 B类标准不确定度评定

根据数学模型可知，B类不确定度由HFID测得的CTHC不确定度uCTHC、密闭室内压力P不确定度uP、密闭室温度T不确定度uT组成，各分量互不相关。本次测量结果见下表2：

表2 B类评定测量结果

5.1 HFID测得CTHC不确定度ucTHC的评定

根据设备资料得知，HFID的线性度为±1%fs、干扰为±1%fs、重复性为±1%fs、零漂为±2%fs（环境温度为 20℃±5℃时，8小时读数），以上测量结果服从均匀分布；标气的不确定度u标气为±2%（K=2）。由于HFID每次取样前均进行了标定，在取样分析时刻可近似认为其零漂为 0。故本次测量中CTHC的不确定度uCTHC评定如下公式（4）：

则

5.2 密闭室内压力P不确定度uP的评定

根据设备资料得知，压力传感器的精度为±0.003KPa,服从均匀分布，则uP为：

5.3 密闭室温度T不确定度uT的评定

密闭室内的温度T由左右两个Pt100的温度传感器的平均值得出，从资料可知，Pt100的最大允许误差为±0.1K，服从均匀分布，则单个传感器的不确定度为，根据JJF 1059.1-2012中4.4.2.2公式(28)，合成温度T的相对标准不确定度uT：

5.4 标准不确定度的合成

单次采样计算结果按公式（2）进行，各输入量间相互独立，根据JJF 1059.1-2012中4.4.1公式（24），不确定度按下公式（5）合成：

在数学模型公式（1）中，单次试验结果为前后两次取样的结果（公式（2））相减，是相关量，但引起其相关的量CTHC、P、T为其自身的合成分量，因此在计算其合成不确定度时无需再引入协方差或相关系数，则MTHC的B类标准不确定度根据JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)及下列公式（6）和（7）来合成：

则：

根据综合结果计算公式（3）及JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)，B类标准不确定度uB按以下公式（8）进行合成：

6 蒸发污染物排放总量MTHC合成标准不确定度

根据JJF 1059.1-2012中4.4.1公式(24)可按下公式（9）合成标准不确定度uC：

则：uC=0.009988 g

本次试验结果测量合成标准不确定度如下表3：

7 扩展不确定度

依国际惯例，直接取包含因子 k=2，则扩展不确定度 U为：

8 不确定度报告

本次试验结果测量不确定度报告如下表4：

表4 不确定度报告结果