惡臭氣體在線監(jiān)測儀示值誤差校準及不確定度評定

杜宏偉 黃成浩 付朝陽 濮程

【摘要】惡臭氣體在線監(jiān)測儀是環(huán)保行業(yè)近年來推廣使用的儀器，尚未有國家法定的校準方法。本文探討了惡臭氣體在線監(jiān)測儀示值誤差的校準方法，為今后惡臭氣體在線監(jiān)測儀的校準工作提供參考，保證量值傳遞的可靠性和準確性。

【關鍵詞】惡臭氣體在線監(jiān)測儀;校準方法;不確定度評定

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.014

Discussion on Calibration Method of Indication Error of Malodorous Gas On-line Monitor and Evaluation of Uncertainty

DUHong-wei，HUANG Cheng-hao，F(xiàn)U Chao-yang，PU Cheng

（Nanjing Institute of Metrology Supervision and Testing，Nanjing 210049，China）

Abstract：Odor gas on-line monitor is an instrument just popularized and used in the environmental protection industry in recent years，and there is no national legal calibration method. This paper preliminarily discusses the calibration method of indication error of odor gas on-line monitor，so as to provide reference for the calibration of odor gas on-line monitor in the future and ensure the reliability and accuracy of value transmission.

Key words：odor gas on-line monitor;calibration method;uncertainty evaluation

根據國家標準GB 14554—1993，惡臭氣體定義為一切刺激嗅覺器官引起人們不適及損壞生活環(huán)境的氣體物質。惡臭氣體的來源也是多種多樣，有的來自化工生產或市政污水，有的來自垃圾處理設施等。多數惡臭氣體對人體有危害，不利于人們在有惡臭氣體存在的環(huán)境中長期工作。因此，惡臭氣體來源地的環(huán)境保護也越來越被人們所重視。

目前惡臭氣體的檢測方法主要有兩種：一是由專業(yè)的嗅辨員經過系統(tǒng)培訓，用感官來評價;二是由氣相色譜-質譜聯(lián)用儀進行分析。但二者都存在很多弊端，不利于實際檢測應用。借鑒國外經驗而自主開發(fā)研究的惡臭氣體在線監(jiān)測儀，通過把不同的傳感器陣列排布來檢測空氣中的多種惡臭氣體。檢測人員只要把監(jiān)測儀布置在工廠周邊即可，既節(jié)省了成本，又滿足了對惡臭氣體在線、實時監(jiān)測的需求。

本文將對惡臭氣體在線監(jiān)測儀示值誤差的校準方法及不確定度評定進行初步的探討。

1工作原理

惡臭氣體在線監(jiān)測儀主要由采樣器、分析系統(tǒng)、放大電路、顯示器四部分組成。工作流程如圖1所示。

2校準方案

2.1主要標準器及標準物質

便攜式氣體稀釋裝置，2500～10000 mL/min;MPE：±0.5%。相對擴展不確定度均為U_rel=2%（k=2）的氣體標準物質，分別是：氮中苯乙烯氣體標準物質，氮中硫化氫氣體標準物質，氮中三甲胺氣體標準物質，氮中氨氣體標準物質，氮中二硫化碳氣體標準物質，氮中甲硫醚氣體標準物質，氮中甲硫醇氣體標準物質，氮中二甲基二硫醚氣體標準物質。

2.2校準環(huán)境

溫度：15～35℃;相對濕度：≤85%RH;大氣壓：97～103 kPa。

2.3校準方法

將氣體標準物質接入惡臭氣體在線監(jiān)測儀。預熱在線監(jiān)測儀，使其進入工作狀態(tài)。由于氣體種類多且具有吸附性，檢測時需要選用抗吸附的管路，并確保每個接氣口密閉不漏氣。檢測前用高純氮氣吹掃清洗一定時間，使在線監(jiān)測儀示值歸零并達到穩(wěn)定。檢測時把稀釋過的標準氣體連接到在線檢測儀的進氣管路，通氣待其儀器示值穩(wěn)定后讀數，讀數后撤去標準氣體，并用高純氮氣吹掃清洗管路，重復以上步驟繼續(xù)進行檢測。具體工作流程操作如圖2所示。

本研究會對國標中的八種氣體進行檢測，分別是苯乙烯、硫化氫、氨、三甲胺、二硫化碳、甲硫醚、甲硫醇、二甲基二硫醚，根據廠家儀器說明書與排放標準取儀器量程的20%、50%、80%三個點分別進行校準，通過便攜式氣體稀釋裝置把標準氣體稀釋到所需值即可。

2.4數學模型

2.4.1惡臭氣體濃度示值誤差

具體計算公式為：

式中，x_s——標準氣體的濃度，mg/m³;

x_m——被校儀器的濃度測量值，mg/m³;

Δx——被校儀器的濃度示值誤差，mg/m³。

2.4.2合成方差和靈敏系數

合成方差計算公式為：

其中：

3不確定度評定

3.1不確定度來源

儀器示值誤差的主要來源有以下兩個方面：

1）主標準器引入的不確定度，分為稀釋裝置引入的不確定度分量和氣體標準物質引入的不確定度分量。

2）測量重復性引入的不確定度。

3.2不確定度計算

計算以三甲胺為例，校準點分別是6.0 mg/m³，15.0 mg/m³，24.0 mg/m³。

3.2.1對被測量為三甲胺氣體的標準不確定度計算

3.2.1.1稀釋裝置引入的不確定度分量

3.2.1.2氣體標準物質引入的不確定度分量

氣體標準物質采用國家二級標物，相對擴展不確定度是2%，包含因子是2。故引入的標準不確定度為：

3.2.1.3主標準器引入的不確定度

兩個不確定度分量互不相關，所以：

3.2.1.4測量重復性引入的不確定度分量

在相同的條件下重復測量10次，并采用A類方法進行評定，而平時測量時，以連續(xù)3次儀器示值的算數平均值作為測量結果，計算結果見表1。

因為被測儀器分辨力引入的不確定度分量小于測量重復性引入的不確定度分量，為了避免重復計算，只取最大影響量。

3.2.1.5合成不確定度

根據2.4.2合成方差公式計算合成不確定度，計算結果見表2。

3.2.1.6相對擴展不確定度

選取包含因子為2，則結果見表3。

取最大值4.1%為三甲胺氣體在儀器量程范圍內的示值誤差相對擴展不確定度。

同理可算出苯乙烯氣體的示值誤差相對擴展不確定度為4.4%;硫化氫氣體的示值誤差相對擴展不確定度為3.5%;氨氣氣體的示值誤差相對擴展不確定度為3.6%;二硫化碳氣體的示值誤差相對擴展不確定度為3.6%;甲硫醚氣體的示值誤差擴展不確定度為4.6%;甲硫醇氣體的示值誤差擴展不確定度為4.2%;二甲基二硫醚氣體的示值誤差擴展不確定度為4.8%。

綜上所述，各種氣體的不確定度匯總見表4。

4結論

本文以惡臭氣體在線監(jiān)測儀為探討對象，結合惡臭氣體國標技術要求以及工作經驗，列舉出主要校準設備，闡述了惡臭氣體在線監(jiān)測儀示值誤差的校準方法，并給出示值誤差不確定度評定，希望可以對開展惡臭氣體在線監(jiān)測儀示值誤差校準方面的工作提供一些參考。

【參考文獻】

[1]郭新民，王旭，魏國華.岸基警戒雷達抗干擾性能評估方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術，2018，40（4）：768-775.

[2]向翠麗，蔣大地，鄒勇進，等.甲/乙醇氣體傳感器的研究進展[J].傳感器與微系統(tǒng)，2015，34（8）：5-8+12.

[3]惡臭污染物排放標準：GB 14554—1993[S].

[4]計量標準考核規(guī)范：JJF 1033—2016[S].

[5]測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].