碳平衡法油耗仪校准规范

JJF2031—20231碳平衡法油耗仪校准规范1范围本规范适用于碳平衡法油耗仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1001通用计量术语及定义GB/T1885—1998石油计量表GB/T18566—2011道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法JT/T1013—2015碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单),适用于本规范。3术语和计量单位JT/T1013—2015界定的术语和定义适用于本规范。3.1术语3.1.1碳平衡法油耗仪fuelconsumptioninstrumentsbasedoncarbonbalancemethod基于汽车燃料在发动机中燃烧后排气中碳质量总和与燃烧前的碳质量总和相等的质量守恒定律,实现对汽车燃料消耗量测量的设备。3.1.2油气转换装置oilgasconverter由质量流量计与发动机、发电机、电力负载、控制系统等组成,能计量单位时间燃料消耗量,通过调整电力负载负荷可改变发动机的燃料消耗量,产生废气的装置。3.2计量单位油耗仪的各组分气体含量的测量结果用体积分数表示,其中:CO、CO2体积分数单位表示为“%”或“10-2”;HC体积分数单位表示为“10-6”。4概述碳平衡法油耗仪(以下简称油耗仪)是一种通过收集并测量汽车排放的废气,计算得出汽车燃料消耗量的仪器。油耗仪主要由排气稀释收集装置、稀释排气流量测量装置(以下简称流量测量装置)、含碳气体浓度测量装置(以下简称浓度测量装置)、测控系统等组成。5计量特性5.1流量测量装置JJF2031—202325.1.1测量范围测量范围不小于(0~25)m3/min。5.1.2示值误差示值误差不超过±1%。5.1.3重复性重复性不超过0.5%。5.2浓度测量装置5.2.1浓度测量装置示值误差不超过表1的规定。表1浓度测量装置示值误差要求项目测量范围绝对误差相对误差C(CO2)0~1.000%±0.02%—1.001%~4.000%—±2%C(CO)0~1.000%±0.02%—C(HC)0~150×10-6±4×10-6—151×10-6~500×10-6—±3%5.2.2稳定性1h内,稳定性不超过表1规定的示值误差要求。5.2.3重复性重复性不大于表1规定示值误差绝对值的1/2。5.2.4响应时间响应时间不大于8s。5.3油耗仪5.3.1示值误差示值误差不超过±4%。5.3.2重复性重复性不超过2.0%。注:以上指标不做合格性判定,仅供参考。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度:(0~40)℃。6.1.2环境相对湿度:不大于85%。6.1.3大气压力:(86~106)kPa。6.1.4电源:额定电压AC(220±22)V或AC(380±38)V,频率(50±1)Hz。6.1.5工作场所应通风良好。6.2测量标准及其他设备JJF2031—20233测量标准及其他设备见表2。表2测量标准及其他设备设备名称测量范围主要技术指标备注油气转换装置(0~20)kg/hMPE:±0.5%选配石油密度计(650~900)kg/m3MPE:±0.5kg/m3温度计(0~60)℃MPE:±1℃密度计量筒——串接式油耗计(3~30)L/hMPE:±0.5%选配标准气体流量计(10~30)m3/minMPE:±0.5%计时装置—分辨力不大于0.1s标准气体—见附录A浮子流量计(1~10)L/min4.0级7校准项目和校准方法油耗仪按使用说明书开机预热,进入正常工作状态。7.1流量测量装置7.1.1示值误差标准气体流量计与流量测量装置同轴连接,如图1所示。设置流量测量装置实时显示标准状态下(温度273.15K、大气压力101.3kPa)稀释排气的体积流量。图1标准气体流量计安装示意图1—风机;2—流量测量装置;3—浓度测量装置;4—标准气体流量计调节油耗仪风机流量至最大量程的约30%、60%、80%,流量稳定后,同时读取标准流量计和流量测量装置示值并记录,重复3次。按公式(1)、(2)计算各校准点示值误差。δij=×100%(1)式中:δij—第i(i=1,2,3)校准点第j(j=1,2,3)次校准时流量示值误差;Qij—第i校准点第j次校准时流量测量装置的流量值,m3/min;qij—第i校准点第j次校准时标准流量计的流量值,m3/min。JJF2031—20234(2)式中:δi—第i校准点流量示值误差,%。7.1.2重复性在7.1.2示值误差校准后,对60%校准点按公式(3)计算重复性。(3)式中:sQ—流量示值重复性,%;δmax—3次流量测量装置的流量示值误差最大值,%;δmin—3次流量测量装置的流量示值误差最小值,%;C—极差系数,取1.69。7.2浓度测量装置7.2.1示值误差油耗仪预热完成后使用A.5规定的气体调零。向浓度测量装置通入附录A中的3号标准气体,稳定后调整浓度测量装置的示值,使其与标准气体的标称值相符(HC标准值由标准气体丙烷值与油耗仪标明的丙烷/正己烷换算系数计算得出);启动气泵,排出浓度测量装置中标准气体至浓度测量装置回复零位,关闭气泵。分别向浓度测量装置通入附录A的1号、2号、3号标准气体,重复3次,按公式(4)、(5)计算示值误差。-Csi(4)×100%(5)式中:Δi—第i号标准气体通入时,浓度测量装置示值绝对误差,i=1,2,3;Cdl—第i号标准气体通入时,3次浓度测量装置示值的平均值;Csi—第i号标准气体的标称值;δi—第i号标准气体通入时,浓度测量装置示值相对误差。7.2.2稳定性示值误差校准完成后使用A.5规定的气体调零,在气泵关闭状态下,向浓度测量装置通入3号标准气体,待示值稳定后,记录浓度测量装置相应示值。停止通入标准气体,开启气泵,浓度测量装置回复零位。每隔30min,重复上述操作。1h共记录3次。按公式(6)、(7)计算每次示值稳定性。JJF2031—20235Δ=Cd3-C3(6)×100%(7)式中:Δ3—第3号标准气体通入时,浓度测量装置示值稳定性;Cd3—第3号标准气体通入时,浓度测量装置示值;C3—第3号标准气体的标称值;δ3—第3号标准气体通入时,浓度测量装置示值稳定性。7.2.3重复性示值误差校准完成后,用A.5规定的气体调零,向浓度测量装置通入2号标准气体,记录浓度测量装置示值。停止通入标准气体,开启气泵,浓度测量装置回复零位,重复通入2号标准气体,共计6次。按公式(8)和公式(9)计算重复性。(8)×100%(9)式中:sA—重复性(以实验标准偏差表示);Ci—第i次通入标准气体时的示值;C—6次测量值的算术平均值;n—测量的次数,n=6;sa—重复性(以相对实验标准偏差表示)。7.2.4响应时间响应时间标准示意图见图2。图2响应时间校准示意图1—标准气体钢瓶;2—减压阀;3—节流阀;4—浮子流量计;5—气囊;6—三通接头;7—二位三通电磁阀;8—采样管;9—浓度测量装置7.2.4.1示值误差校准完成后,连接3号标准气体钢瓶、减压阀、节流阀、浮子流量JJF2031—20236计、三通接头、气囊及采样管等,如图2所示。开启标准气体钢瓶的阀门,二位三通电磁阀通电(P、A通),再启动油耗仪气泵。调节节流阀,使通入浓度测量装置的标准气体的流量能够维持图2中的气囊不要处于真空,也不要充盈。待浓度测量装置示值稳定后,记下各通道的示值。断开二位三通电磁阀电源(O、A通),使清洁空气通入浓度测量装置,调零。重新打开钢瓶阀门,然后给二位三通电磁阀通电(P、A通),使标准气体进入浓度测量装置。同时,用计时装置分别测量从二位三通电磁阀接通瞬间至浓度测量装置各通道的示值达到其稳定值的90%时的时间间隔,记录计时装置的读数。7.2.4.2重复7.2.4.1的操作2次,计算3次测量结果的算术平均值。按公式(10)计算响应时间。(10) T— T—3次响应时间测量值的算术平均值,s;T1、T2、T3—3次响应时间测量值,s。7.3油耗仪采用油气转换装置校准法或实车校准法,或JT/T1013—2015推荐的二氧化碳喷射法(见附录B)中的一种方法,当对校准结果有异议时以实车校准法为准。将密度计量筒、密度计和实验用燃料放置在同一环境,取出适量燃料放入密度计量筒中,避免飞溅和生成空气泡,用温度计测量燃料温度。将合适的密度计放入量筒中,让密度计自由漂浮,把密度计按下(1~2)mm后松开,密度计静止后读取密度计视密度示值。在测量过程中,环境温度变化应不大于2℃。7.3.1油气转换装置校准法7.3.1.1示值误差油耗仪使用A.5规定的气体调零,测量环境空气中的CO2浓度。油气转换装置开机、预热,油耗仪采样管应靠近并对准油气转换装置排气管口,其间距不大于100mm,使采样管与排气管末端同轴,用支架固定,使废气与环境空气顺利进入采样管,如图3所示。图3油气转换装置校准法示意图1—碳平衡油耗仪;2—采集管;3—质量流量计;4—油气转换装置;5—油箱调整使油气转换装置燃料消耗量约为2mL/s,观察油气转换装置中质量流量计瞬时流量,稳定至少15s后,质量流量计与油耗仪开始60s连续采样,记录60s内质量JJF2031—20237流量计累积质量mz和碳平衡油耗仪的燃料消耗量yi。油耗仪通空气运行,当管道温度降到环境温度后进行第2次测量,共测量3次。由燃料温度及视密度示值通过GB/T1885—1998表59B查询20℃密度ρ20,再由ρ20通过GB/T1885—1998表E1查询燃料在15℃下密度ρ15。按公式(11)计算燃料消耗量。Vij=×10-6(11)式中:Vij—第i点第j次油气转换装置60s测量值,mL;mz—质量流量计累积质量,g;Fa—空气浮力修正系数,汽油取0.9985,柴油取0.9987;ρ15—燃料在15℃下密度,kg/m3。同样,调整油气转换装置至其燃料消耗量约为3mL/s、4mL/s,各重复测量3次。按公式(12)计算单次示值误差。δij=×100%(12)式中:δij—第i点第j次示值误差,%;yij—第i点第j次油耗仪60s测量值,mL。第i校准点示值误差按公式(13)计算。(13)式中:7.3.1.2重复性n—校准的次数,n=7.3.1.2重复性取燃料消耗量为3mL/s的校准数据,按公式(14)计算重复性。(14)式中:sy—重复性,%;δmax—示值误差最大值,%;δmin—示值误差最小值,%;C—极差系数,取1.69。7.3.2实车校准法7.3.2.1示值误差选取技术状况良好、排气系统无泄漏的汽车,总质量在3500kg至7000kg间和17000kg至23000kg之间的各一辆。将串接式油耗计安装于被试汽车,并排空油耗计及回路中气泡,用温度计测量燃料温度tj,按GB/T18566—2011规定进行油耗检测。JJF2031—20238油耗仪与串接式油耗计同时测量汽车燃料消耗量,每次测量60s,分别读取油耗仪和串接式油耗计数据,每辆车重复测量3次。按公式(15)修正串接式油耗计油耗量至15℃体积。Vij=(15)式中:Vij—第i点第j次串接式油耗计15℃时的体积,mL;vij—第i点第j次串接式油耗计测量值,mL;β—体膨胀系数,℃-1(汽油12×10-4℃-1;轻柴油9×10-4℃-1);tj—燃料温度,℃。按公式(16)计算单次示值误差:δij=×100%(16)式中:δij—第i点第j次示值误差;yij—第i点第j次油耗仪60秒测量值,mL。第i校准点示值误差按公式(13)计算。7.3.2.2重复性采用7.3.2.1中总质量在17000kg至23000kg汽车的3次测量数据,按公式(14)计算重复性。8校准结果表达对经校准的油耗仪出具校准证书,校准证书至少应包括以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;JJF2031—20239o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明;9复校时间间隔油耗仪的复校时间间隔建议一般不超过12个月。复校时间间隔也可以根据具体的使用情况、使用者、仪器本身质量等因素,由送校单位自主决定。JJF2031—202310附录A标准气体及其浓度要求A.1标准气体应具有标准物质证书,在有效期内使用。A.2标准气体配制的标准值应不超过表A.1所规定标准值的±15%。A.31号气体的相对扩展不确定度应为(或优于)2%,2号、3号标准气体的标准值的相对扩展不确定度应为(或优于)1%。A.4示值误差、重复性校准用标准气体的标准值见表A.1,按照碳平衡油耗仪标注的测试气体种类配制成单组分标准气体或多组分标准气体。表A.1示值误差、重复性校准用标准气体的标准值气体成分摩尔分数1号2号3号C(CO)0.04%0.2%0.8%C(C3H8)50×10-6200×10-6800×10-6C(CO2)0.4%2.0%3.2%A.5校准过程中对油耗仪调零应按照实际需要采用纯度不低于99.99%的高纯氮气或者含氧量为(20.9%±0.1%)的配制空气。JJF2031—202311附录B二氧化碳喷射法B.1测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表B.1。表B.1测量标准及其他设备设备名称测量范围主要技术指标浮子流量计(0.25~2.5)m3/h4.0级电子天平(0~20)kgd≤0.1g,○Ⅱ级高纯CO2气体—≥99.99%减压阀——B.2示值误差平稳放置电子天平,二氧化碳气瓶连接减压阀,布置如图B.1所示。油耗仪及电子天平预热到正常工作状态。油耗仪调零,并测量环境空气中CO2气体体积分数,进入检测状态。图B.1二氧化碳喷射法布置图1—电子天平;2—二氧化碳气瓶;3—气瓶阀门;4—减压阀;5—压力表;6—流量计;7—软管;8—油耗仪采集管按油耗仪流量测量装置量程的30%调整流量。将充装高纯二氧化碳气体的气瓶放置在电子天平上,打开减压阀向油耗仪采集管喷入CO2,使稀释后CO2的体积分数小于3%,观察压力表和流量计,应保持压力和流量稳定。待油耗仪CO2体积分数示值稳定后,油耗仪开始60s连续采样,同时记录电子天平测量值,直至油耗仪采样结束,采样过程中CO2的体积分数波动不得超过±300×10-6,计算电子天平规定时间内测得的气瓶喷出的CO2质量,作为标准值。重复测量3次。JJF2031—202312规定采样时间内油耗仪CO2质量作为测量值。按油耗仪流量测量装置量程的60%、80%分别调整流量,重复喷入CO2,测量3次。按公式(B.1)计算CO2质量相对误差,按公式(B.2)计算CO2质量相对误差平均值。×100%(B.1)(B.2)式中:Mj—油耗仪第j次测量值,g;Msj—电子天平第j次测量值,g;δj—第j次测量时CO2质量相对误差; δJ—CO2质量相对误差的平均值。B.3重复性在B.2示值误差校准的基础上,按公式(B.3)计算流量测量装置量程的60%点示值重复性。×100%(B.3)式中:sy—重复性;δmax—3次测量中的最大示值,g;δmin—3次测量中的最小示值,g。C—极差系数,取1.69。JJF2031—202313附录C油耗仪测量结果不确定度评定示例C.1油耗仪测量原理以燃烧燃料方式将燃料转换为同等质量的含碳气体,用油耗仪测量含碳气体的量计算油耗值,同时读取油气转换装置示值。油气转换装置示值与油耗仪测量值进行比较,求得示值误差。C.2测量模型和不确定度传播公式采用直接测量法,被校油耗仪的示值与串接式油耗计的示值之差的相对值即为油耗仪的示值误差。测量模型如下:×100%(C.1)式中:δ—示值误差;y—油耗仪测量值,mL;V—油气转换装置测量值,mL。由公式(C.1)得不确定度传播公式:式中:u(δ)=c2(y)u2(y)+c2(V)u2(V)(C.2)u(y)—油耗仪引入的标准不确定度;u(V)—油气转换装置引入的标准不确定度;C.3不确定度来源以约7t汽油车辆在常温20℃下1min消耗约120mL燃油为例分析油耗仪测量结果的不确定度。不确定度的来源主要有:由测量结果重复性引入的不确定度分量u1(y)由数显量化引入的不确定度分量u2(y)由油气转换装置引入的不确定度分量u1(V)由温度测量引入的不确定度分量u2(V)C.4标准不确定度C.4.1由被校油耗仪引入的标准不确定度分量u(y)C.4.1.1由测量结果重复性引入的不确定度分量u1(y)校准油耗仪重复性测量的标准差,由于油耗仪示值和油气转换装置示值存在正相关性,通过10次测量结果的差值计算标准差,测量数据见表C.1重复性测量结果。JJF2031—202314表C.1重复性测量结果测量次数12345678910油耗仪测量值/mL117.14118.16115.90117.49117.08115.34117.28118.19117.25115.55油气转换装置示值/mL116.93117.11115.23118.14117.14116.11117.02117.22118.31116.37差值/mL0.211.050.67-0.65-0.06-0.770.260.97-1.06-0.82实验标准偏差:s1=0.91mL。实际校准以3次测量平均值作为测量结果,则u1=0.56mL。C.4.1.2油耗仪数显量化引入的不确定度分量u2(y)的不确定度分量为:油耗仪的分辨力为1mL,为矩形分布,落在半宽度为1/2=0.5的区间内的不确定度分量为:C.4.1.3计算标准不确定度u(y)C.4.2由油气转换装置引入的不确定度分量C.4.2由油气转换装置引入的不确定度分量u(V)C.4.2.1由油气转换装置最大允许误差引入的不确定度分量u1(V)由油气转换装置MPE:±0.5%,按照均匀分布,则C.4.2.2由温度测量引入的不确定度分量u2(V)据公式Vij=可得对t求导可得按溯源证书知温度不确定度为U=0.12℃,k=2。则其引入的不确定度分量=120×=0.00005mLJJF2031—202315C.4.2.3计算标准不确定度