碳排放连续检测气体分析仪测量结果的不确定度研究

王 静，郑 张，张 铭

(华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

现如今全球对于影响气候的温室气体日益重视，并采取相关措施进行二氧化碳排放量的监测与统计。在能源领域，当前传统的碳排放统计方法是根据排放因子和核算方法进行估算，然而受到电厂内煤种多样性及燃烧等多种复杂因素的影响，将这种方法应用于电厂中的准确性有待验证，因此利用二氧化碳在线检测系统对碳排放量的统计将更为直观可靠。二氧化碳在线检测系统测得的数据不仅能为各电厂碳减排效果评估提供可靠的数据支撑，同时也能为碳交易提供准确性更高的技术支撑，促进碳交易市场稳步发展。

利用碳排放连续检测气体分析仪进行浓度测量，需考虑测量所得值的可靠性，因此有必要评定测量结果的不确定程度。不确定度是建立在误差理论基础上，表示由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度[1]，体现了测量结果的分散性。选择科学而合适的评定方法评定不确定度，既是实验室检测工作的一大重点[2]，也是二氧化碳连续检测系统测量准确性的重要评判依据。

1 测量条件与方法

1.1 测量和评定依据

JJG 968-2002《烟气分析仪检定规程》；JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。

1.2 环境条件

实验室所提供的环境温度范围在15～30℃，相对湿度≤85%；碳排放连续检测气体分析仪所使用的电源电压：AC220(1±10%)V。

1.3 测量标准

(1)高纯氮气(纯度大于99.999%)，用于零点校准。

(2)氮气中二氧化碳标准气体(一级标气)，用于进行实验测量，标气浓度的相对扩展不确定度为Urel=0.6%，包含因子k=2。

1.4 被测对象

碳排放连续检测气体分析仪(以下简称仪器)。

1.5 测量方法

2 测量模型

建立不确定度数学模型是进行计算和分析的基础，具体公式如下：

式中：Δa-相对示值误差；

cs-二氧化碳标准气体的浓度。

灵敏系数：

传播公式：

因各输入量互相独立且不相关，因此：

每一个学生都有自己丰富而独特的内心世界，每一个学生都希望把自己优秀的一面展现出来。因此，教师要积极构建平台，给学生展示的机会。上述三例中有两例，都有技能竞赛这一学生展示自我的平台，这是职业学校的特色。学校重视，教师重视，学生参与这些平台活动，就能获得成就感。另外针对英语学科来说，还有高年级英语演讲、低年级英语朗诵比赛活动。这些平台的建设，能为学生提供展示的舞台，也给英语教学带来了活力。

3 不确定度来源及标准不确定度评定

实验的实际测量与操作过程中，会有多种因素影响测量结果的不确定度，合理分析其来源对于评定测量结果的不确定度具有重要影响。将每一个不确定度来源成为标准不确定度分量，各分量与建立的测量模型中的输入量相对应[5]。标准不确定度的评定方法分为A、B两类，A类是通过对观测列统计与分析作为评定结果，通常由重复测量引起的不确定度用A类方法计算，B类基于统计分析以外的方法估计概率分布等进而得到评定结果。

3.1 输入量的标准不确定度

通过A类方法进行评定，具体测量方法是将浓度值为5.99%的二氧化碳标准气体通入试验台管道被检测仪器采样管抽取，仪器进行10次重复测量，测得浓度的示值如表1所示。

表1 浓度测量示值

测量平均值:

单次相对标准偏差：

以仪器示值误差3次测量的算数平均值计算，则测量重复性引入的标准不确定度为：

从仪器显示的数值中可以看出，被测分析仪的最小浓度分辨率为0.01%，按照B类方法进行评定。以分辨率的一半作为半宽区间，按照均匀分布计算：

3.2 输入量cs引入的标准不确定度urel(cs)

由于实验所用的标准气体是由重量法配置而得，因此标准气体自身的不确定度成为了引起输入量cs的标准不确定度得主要原因。可根据标准物质证书中的定值并采用B类方法来评定。

标准气体为国家一级标准物质，其不确定度Urel=0.6%，包含因子k=2，此值可按正态分布估计，充分可靠，则其标准不确定度：

4 标准不确定度分量汇总表

对各分量不确定度相关的来源及参数等列表并汇总，如表2所示。

表2 分量汇总

5 合成标准不确定度

由重复性和标气引入的不确定度是互不相关的两个分量，因此将结果带入上式(4)可知，合成标准不确定度为：

6 扩展不确定度的评定

相对扩展不确定度公式：

Urel=ucrel×k (包含因子k值通常取2)

本实验测量过程中，取k=2，则相对扩展不确定度为：

Urel=0.31%×2=0.62%(k=2)

通过碳排放连续检测气体分析仪测量二氧化碳浓度，其结果的相对扩展不确定度为Urel=0.62%，k=2。

7 结束语

本文对碳排放连续检测气体分析仪的不确定度进行评定，分析各不确定来源并计算出评定结果。评定结果对于实验仪器的校准校验以及不确定度研究方面具有重要意义，同时为碳排放检测的仪器的测量准确性提供可靠的评定依据，提高二氧化碳检测有效性，促进超低排放技术发展。为文中的方法亦可为其他类似仪器的评定提供借鉴与参考，同时希望能够为碳排放在线检测领域提供案例。