摘 要： 污染源环境参数包含温度、压力、流量、湿度等，其检测仪是固定污染源在线监测的重要组成部分。针对环境参数检测仪现场校准需求，厘清了现场校准计量特性要求，提出了各参数计量标准技术参数，研制了现场校准装置，其重量为25 kg，出气最高压力为0.15 MPa，最大流量为15 L/min，最高温度为100℃，最高相对湿度为95%。利用经实验室校准的现场校准装置，开展了现场校准实验，实现了对温度、压力、流速、湿度等环境参数现场校准，测量不确定度优于相关环境标准和校准规范要求，验证了环境参数检测仪现场校准的可行性和溯源性。

关键词： 污染源； 环境参数； 现场校准； 温度； 湿度； 流量

 

环境参数检测仪是固定污染源在线监测系统（CEMS）的重要组成部分，主要检测温度、压力、流量或流量、湿度等参数［1-8］，其测量数据的准确性影响污染排放数据［9-12］。温度和压力影响气体体积和传感器读数，因此需要仪器输出特定温度和压力状态下的测量结果，以确保量值准确。RUTCZYK等［13］分析了温度对测量结果的影响，提供了一种计算方法解决气体温度测量的挑战及其对排放监测准确性的影响。GAYNULLIN等［14］指出，使用非分光红外气体传感器测量大气气体浓度需要补偿环境压力变化才能获得可靠的结果。JOHNSON 等［15］分析了流量对CEMS测量结果的重要性，并开发了1/10比例模型烟囱模拟器量化各种烟囱流量测量技术的不确定性。HOLUBÈÍK等［16］使用计算流体动力学软件研究流场形状、传感器布置方向等，证明了流量均匀性影响气体浓度测量结果。熊华竞等［17］指出，水分在气相色谱法、红外法或紫外法分析时均会产生干扰信号，湿度可能影响最终检测结果的准确性。PENG等［18］研究发现，未除湿的PM0.2、PM1、PM2.5和PM10颗粒采样结果比同时使用稀释器和Nafion干燥管采样结果分别高出2 500%、1 500%、1 000%和1 400%。

欧盟EN 15267-3：2023标准规定了温度、湿度和流量参数；欧盟EN 14181：2015标准规定了湿度校准；美国联邦法规40 CFR法案第60部分附录B和附录F中均规定了流量参数；国际标准化组织ISO 11338：2003、ISO 13199：2012、ISO 15713：2006和 ISO 17179：2016等，均规定了温度、湿度和流量参数，但并未完整规定环境参数的校准方法。环境参数是影响CEMS测量结果的关键因素，目前国际上对环境参数检测仪的校准规定参差不齐，且未发现开展环境参数检测仪现场校准的相关文献和报道。

HJ 75—2017 《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》和HJ 76—2017 《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》均规定了连续监测系统（CMS）环境参数量程、测量准确度等技术指标，要求手动校准的仪器必须在3个月内校正仪器零点和量程。山东省DB37/T 4011—2020 《固定污染源烟气在线监测系统运行维护技术规范》要求无自动校准功能的流量CMS 每30 d至少校准1次零点，湿度CMS每7 d至少校准1次仪器零点。标准规定的校准频次高，送检工作量大，且环境参数检测仪长约1~2 m，不便于包装和运输，使用单位和监管部门迫切希望计量技术机构能够提供现场校准服务。

JJF 1585—2016 《固定污染源烟气排放连续监测系统校准规范》规定了流量、温度和差压参数校准方法，但未规定湿度和静压校准方法。JJF（京）90—2022 《污染源环境参数一体化检测仪校准规范》规定了温度、压力、流量、湿度等参数校准，但该规范适用于实验室校准，对现场校准缺乏针对性，亦未发现开展现场校准相关文献和报道。

鉴于环境参数检测仪现场校准具有迫切性和实用性，笔者针对环境参数检测仪现场校准工作状况，厘清计量特性要求，研制现场校准装置，开展现场校准试验，验证现场校准的可行性、便捷性和溯源性，以供相关部门制修订标准、完善校准规范及提升校准能力参考。

 

1、 现场校准计量特性要求

 

标准JJF 1585—2016、HJ 75—2017和HJ 76—2017均未规定压力测量精密度或准确度。参照JJF 2095—2024《压力数据采集仪校准规范》的要求，确定压力标准的准确度等级不低于0.05级。通过梳理JJF 1585—2016、HJ 75—2017和HJ 76—2017标准，提出环境参数现场校准计量特性要求见表1。

表1   环境参数现场校准计量特性要求

Tab. 1   Requirements for on-site calibration of peripheral determinands

注：-表示无要求。

 

2、 现场校准装置研制

 

现场校准工作要求标准装置体积小重量轻。现有的便携式温湿度计量标准装置［19-20］，其湿度上限可达95% RH，但温度一般不超过60 ℃，无法满足环境参数检测仪校准需求。JJF（京）90—2022规定采用恒温恒湿箱，但其体积大，不能携带到现场校准。根据表1对计量特性的要求，根据现场校准实际和技术现状，确定现场校准装置的主要技术指标见表2。

表2   现场校准装置主要技术指标

Tab. 2   Main specification for on-site calibration device

 

空压机输出的压缩空气分为三路，一路将储水罐的水压入液体流量控制单元，经流量控制后进入汽化室变为气态水；一路经气体质量流量控制器1进入汽化室，将气态水载带进入混合池；一路经气体质量流量控制器2进入混合池。

气体经混合池后进入校准池，校准池上安装有经溯源的标准传感器，可将温度、压力、流量、湿度等参数溯源至国家基标准，校准池下游布置有压力控制单元；被检传感器安装在校准池上，以完成各参数测量。校准装置的液体流量控制单元、气体质量流量控制器、汽化室、压力控制单元、标准传感器等与主控制器通过信号线连接，由主控制器根据设定值调节各控制参数。现场校准装置工作原理见图1。研制的现场校准装置型号为EU+，外形见图2。

图1   现场校准装置原理图

Fig. 1   Schematic diagram of on-site calibration device

 

 

图2   现场校准装置外观图

Fig. 2   Appearance of on-site calibration device

装置人机交互界面采用7”彩色触摸屏，其外形尺寸为460 mm×178 mm×500 mm，主机重量为25 kg，产生的气体温度、压力、流量、湿度4项指标参数均满足表2要求。配套空压机输出气体最大压力为0.4 MPa，输出最大流量为15 L/min，重量为10 kg。校准装置主机和空压机均可采用220 V市电或24 V直流车载电源供电。采用即有温度、压力、流量和湿度标准，在实验室内校准现场校准装置内置的各标准传感器，结果见表3。

表3   现场校准装置参数校准结果

Tab. 3   Calibration result for on-site calibration device

注：1）表示该数值的单位为%。

 

3、 现场校准实验

 

采用研制的校准装置EU+对烟台某化工企业污染源CEMS进行环境参数检测仪现场校准，各参数每个点测量6次，取其算术平均值为测量值，6个值与测量值的标准偏差值为重复性指标，测量结果见表4。

表4   现场校准实验数据

Tab. 4   On-site calibration data

注：1）表示该数值的单位为%。

 

由表4可知，其示值误差和测量不确定度均满足表1要求，测量不确定度优于JJF 1585—2016、HJ 75—2017和HJ 76—2017要求。

 

4、 结语

 

针对环境参数检测仪现场校准需求的实用性和迫切性，根据JJF 1585—2016、HJ 75—2017和HJ 76—2017标准，厘清了环境参数检测仪参数要求，提出了现场校准装置技术指标。针对现场校准需求，所研制的现场校准装置外形尺寸为460 mm×178 mm×500 mm，重量为25 kg，便于携带；装置实现了高达95 ℃和95% RH的“双九五”指标，突破了现有便携式温湿度标准装置局限；装置压力最高为0.15 MPa、流量最大为15 L/min，测量范围基本满足环境参数检测仪要求；该装置实现了温度、压力、流量、湿度4项参数校准功能，实用性较强。装置溯源链完整，当k=2时，其温度扩展不确定度为0.50 ℃，压力扩展不确定度为0.30 kPa，流量扩展不确定度为2.00%，湿度高于5.0%时扩展不确定度为1.00%，湿度低于5.0%时扩展不确定度为0.30%。通过现场校准，验证了环境参数检测仪现场校准的可行性。

 

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引用本文： 郝维涛，孙丽英，陈国仓，等 . 污染源环境参数检测仪现场校准［J］. 化学分析计量，2024，33（8）：107. (HAO Weitao, SUN Liying, CHEN Guocang, et al. On site calibration of pollution source environmental parameter detector[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(8): 107.)

 

 

来源：化学分析计量

关键词： 污染源环境参数检测仪