恶臭气体在线监测仪示值误差校准及不确定度评定

杜宏伟 黄成浩 付朝阳 濮程

【摘要】恶臭气体在线监测仪是环保行业近年来推广使用的仪器，尚未有国家法定的校准方法。本文探讨了恶臭气体在线监测仪示值误差的校准方法，为今后恶臭气体在线监测仪的校准工作提供参考，保证量值传递的可靠性和准确性。

【关键词】恶臭气体在线监测仪;校准方法;不确定度评定

【DOI 编码】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，FU 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

根据国家标准GB 14554—1993，恶臭气体定义为一切刺激嗅觉器官引起人们不适及损坏生活环境的气体物质。恶臭气体的来源也是多种多样，有的来自化工生产或市政污水，有的来自垃圾处理设施等。多数恶臭气体对人体有危害，不利于人们在有恶臭气体存在的环境中长期工作。因此，恶臭气体来源地的环境保护也越来越被人们所重视。

目前恶臭气体的检测方法主要有两种：一是由专业的嗅辨员经过系统培训，用感官来评价;二是由气相色谱-质谱联用仪进行分析。但二者都存在很多弊端，不利于实际检测应用。借鉴国外经验而自主开发研究的恶臭气体在线监测仪，通过把不同的传感器阵列排布来检测空气中的多种恶臭气体。检测人员只要把监测仪布置在工厂周边即可，既节省了成本，又满足了对恶臭气体在线、实时监测的需求。

本文将对恶臭气体在线监测仪示值误差的校准方法及不确定度评定进行初步的探讨。

1工作原理

恶臭气体在线监测仪主要由采样器、分析系统、放大电路、显示器四部分组成。工作流程如图1所示。

2校准方案

2.1主要标准器及标准物质

便携式气体稀释装置，2500～10000 mL/min;MPE：±0.5%。相对扩展不确定度均为U_rel=2%（k=2）的气体标准物质，分别是：氮中苯乙烯气体标准物质，氮中硫化氢气体标准物质，氮中三甲胺气体标准物质，氮中氨气体标准物质，氮中二硫化碳气体标准物质，氮中甲硫醚气体标准物质，氮中甲硫醇气体标准物质，氮中二甲基二硫醚气体标准物质。

2.2校准环境

温度：15～35℃;相对湿度：≤85%RH;大气压：97～103 kPa。

2.3校准方法

将气体标准物质接入恶臭气体在线监测仪。预热在线监测仪，使其进入工作状态。由于气体种类多且具有吸附性，检测时需要选用抗吸附的管路，并确保每个接气口密闭不漏气。检测前用高纯氮气吹扫清洗一定时间，使在线监测仪示值归零并达到稳定。检测时把稀释过的标准气体连接到在线检测仪的进气管路，通气待其仪器示值稳定后读数，读数后撤去标准气体，并用高纯氮气吹扫清洗管路，重复以上步骤继续进行检测。具体工作流程操作如图2所示。

本研究会对国标中的八种气体进行检测，分别是苯乙烯、硫化氢、氨、三甲胺、二硫化碳、甲硫醚、甲硫醇、二甲基二硫醚，根据厂家仪器说明书与排放标准取仪器量程的20%、50%、80%三个点分别进行校准，通过便携式气体稀释装置把标准气体稀释到所需值即可。

2.4数学模型

2.4.1恶臭气体浓度示值误差

具体计算公式为：

式中，x_s——标准气体的浓度，mg/m³;

x_m——被校仪器的浓度测量值，mg/m³;

Δx——被校仪器的浓度示值误差，mg/m³。

2.4.2合成方差和灵敏系数

合成方差计算公式为：

其中：

3不确定度评定

3.1不确定度来源

仪器示值误差的主要来源有以下两个方面：

1）主标准器引入的不确定度，分为稀释装置引入的不确定度分量和气体标准物质引入的不确定度分量。

2）测量重復性引入的不确定度。

3.2不确定度计算

计算以三甲胺为例，校准点分别是6.0 mg/m³，15.0 mg/m³，24.0 mg/m³。

3.2.1对被测量为三甲胺气体的标准不确定度计算

3.2.1.1稀释装置引入的不确定度分量

3.2.1.2气体标准物质引入的不确定度分量

气体标准物质采用国家二级标物，相对扩展不确定度是2%，包含因子是2。故引入的标准不确定度为：

3.2.1.3主标准器引入的不确定度

两个不确定度分量互不相关，所以：

3.2.1.4测量重复性引入的不确定度分量

在相同的条件下重复测量10次，并采用A类方法进行评定，而平时测量时，以连续3次仪器示值的算数平均值作为测量结果，计算结果见表1。

因为被测仪器分辨力引入的不确定度分量小于测量重复性引入的不確定度分量，为了避免重复计算，只取最大影响量。

3.2.1.5合成不确定度

根据2.4.2合成方差公式计算合成不确定度，计算结果见表2。

3.2.1.6相对扩展不确定度

选取包含因子为2，则结果见表3。

取最大值4.1%为三甲胺气体在仪器量程范围内的示值误差相对扩展不确定度。

同理可算出苯乙烯气体的示值误差相对扩展不确定度为4.4%;硫化氢气体的示值误差相对扩展不确定度为3.5%;氨气气体的示值误差相对扩展不确定度为3.6%;二硫化碳气体的示值误差相对扩展不确定度为3.6%;甲硫醚气体的示值误差扩展不确定度为4.6%;甲硫醇气体的示值误差扩展不确定度为4.2%;二甲基二硫醚气体的示值误差扩展不确定度为4.8%。

综上所述，各种气体的不确定度汇总见表4。

4结论

本文以恶臭气体在线监测仪为探讨对象，结合恶臭气体国标技术要求以及工作经验，列举出主要校准设备，阐述了恶臭气体在线监测仪示值误差的校准方法，并给出示值误差不确定度评定，希望可以对开展恶臭气体在线监测仪示值误差校准方面的工作提供一些参考。

【参考文献】

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[3]恶臭污染物排放标准：GB 14554—1993[S].

[4]计量标准考核规范：JJF 1033—2016[S].

[5]测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012[S].