机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪校准规范

山东省地方计量校准规范

JJF（鲁）XXX－XXXX

机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪

校准规范

Specificationforcalibrationofparticulatematterparticlecountmetersfor

motorvehicleemissions

(报批稿)

XXXX－XX－XX发布XXXX－XX－XX实施

山东省市场监督管理局发布

I

JJF（鲁）XX－XXXX

机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪校准规范

1范围

本规范适用于机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪（Particulateparticle

countmeterforvehicleemissions）（以下简称PN测量仪）的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

GB17691重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

GB18352.6轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

HJ1014非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求

ISO15900气溶胶颗粒粒径分布测量差分电迁移法(Determinationofparticlesize

distribution—Differentialelectricalmobilityanalysisforaerosolparticles)

ISO27891气溶胶颗粒数浓度凝结核粒子计数器的校准(Aerosolparticlenumber

concentration-Calibrationofcondensationparticlecounters)

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范，凡是不注日期的引用文

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

3.1气溶胶aerosol

悬浮于气体中的固体和/或液体颗粒分散体系。

3.2单分散气溶胶monodisperseaerosol

粒径分布窄的气溶胶，单分散性可以通过尺寸分布的几何标准偏差（GSD）进行

量化，GSD小于或等于1.15。

3.3颗粒物（Particlematter，PM）

在温度为315K（42℃）~325K（52℃）的稀释排气中，由滤纸收集到的所有排气

成分，主要是碳、冷凝的碳氢化合物、硫酸盐水合物。

3.4粒子数量（ParticleNumber，PN）

在去除了挥发性物质的稀释排气中，所有粒径超过23nm的粒子总数。

3.5颗粒物粒子数量浓度（Particlenumberconcentration，C）

1

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在特定压力及温度条件下，单位体积内气溶胶中固体颗粒的数量，单位为cm-3。

3.6凝结核粒子计数器condensationparticlecounter（CPC）

通过工作液（如正丁醇、水、异丙醇）吸附在纳米颗粒表面，使其放大到微米级

别后，利用光散射原理测量气溶胶中颗粒数浓度的设备。

3.7差分电迁移率分类器differentialelectricalmobilityclassifier（DEMC）

能够根据电迁移率对气溶胶颗粒选择和分离，并得到单分散样品的一种分类器。

3.8截止粒径（푑푐푢푡−표푓푓）

PN测量仪检测效率为50%时的粒径，单位为nm。

3.9平坦区flatarea

检测效率不受粒径影响的粒径范围。

3.10扩散充电法颗粒计数器diffusioncharge（DC）

通过电荷调节器（如电晕丝等）使颗粒带上平衡电荷，然后通过电学法测量气溶

胶中颗粒数浓度的设备。

3.11挥发性颗粒去除器volatileparticleremove（VPR）

对初级气溶胶进行一级热稀释，挥发性颗粒去除器及二级冷稀释，并得到满足下

游设备测量条件气溶胶的设备。

3.12颗粒数浓度衰减因子particlenumberconcentrationreductionfactor（PCRF）

VPR上游颗粒数浓度与下游颗粒数浓度之比。本规范所用的颗粒物为燃烧丙烷

产生的碳烟形态颗粒。

3.13挥发性颗粒去除效率volatileparticleremovalefficiency（VRE）

VPR上游挥发性颗粒数浓度与下游挥发性颗粒数浓度之比。本规范中所用的颗

粒物为挥发性颗粒物正四十烷。

3.14整体校准

采样管、VPR及颗粒计数器等模块整体与标准器进行比对校准的方法。

3.15分步校准

分别对VPR、颗粒计数器进行校准的方法。

3.16高响应highresponse

在颗粒数浓度达到一定条件下，PN测量仪要求能检测出颗粒数浓度的最低值。

注：本文件规定该条件为测量空气颗粒数浓度大于2000cm-3，最低值为1500cm-3。

2

JJF（鲁）XX－XXXX

4概述

PN测量仪主要用于测量机动车排放气体中非挥发性固态颗粒的数量浓度。PN测

量仪按测量方式可分为台架式和便携式（便携式PN测量仪以下简称PEMS）两类。

PN测量仪主要包括采样处理系统和颗粒计数器。其中采样处理系统包括加热采

样管及挥发性颗粒物去除器（VPR），其中VPR由旋风分离器（可选）、一级热稀释

器（PND1）、蒸发管或高温催化汽提器（ET或HCS）、二级冷稀释器（PND2）（可

选）及冲击喷嘴（可选）组成。

图1为PN测量仪结构简图。

图1PN测量仪结构简图

5计量特性

5.1零点

5.1.1过滤后零点

颗粒计数器或VPR气溶胶入口直连高效过滤器时，

对于台架式PN测量仪，其颗粒粒子数量浓度小于0.1cm-3。

对于PEMS，颗粒粒子数量浓度不高于5000cm-3。

5.1.2零电压零点

颗粒计数器或VPR气溶胶入口连接DEMC，且DEMC电压设置为0V时，

对于台架式PN测量仪，其颗粒数浓度小于1cm-3。

对于PEMS，颗粒数浓度不高于5000cm-3。

3

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5.2高响应

>1500cm-3。

5.3流量示值误差

≤5%。

5.4流量重复性

<2%。

5.5响应时间T90

<5s。

5.6颗粒计数器的计数重复性

≤3%。

5.7检测效率（限值均对于单分散颗粒）

表1台架式PN测量仪检测效率

粒径(nm)23±141±1平坦区粒径

检测效率0.38~0.62>0.90.9~1.1

表2PEMS检测效率

粒径

23±130±150±570±5100±10200±10

（nm）

检测效率0.2~0.60.3~1.20.6~1.30.7~1.30.7~1.30.5~2.0

注：23nm为变化区颗粒物电迁移率粒径。

5.8线性度

表3线性度要求

2

测量仪器|휒푚푖푛×(푎1−1)+푎0|斜率푎1标准差SEE判定系数R

台架式PN检测仪≤5%max0.9~1.1(1)≤10%max≥0.97

PEMS≤5%max0.9~1.1(2)≤10%max(3)≥0.95

(1)台架式PN检测仪在线性检查过程中未经过校准系数修正

(2)PEMS在线性检查过程中已经过校准系数修正

(3)max为标准器测量颗粒数量浓度最大值

注：对于颗粒数浓度量程较大的PEMS，线性度可用几何平均粒径为（50~60）nm（几何标

准差为1.6±0.2）多分散碳黑颗粒检查。

5.9颗粒数浓度衰减因子（PCRF）

0.95PCRF100<PCRF30≤1.3PCRF100；

0.95PCRF100<PCRF50≤1.2PCRF100；

4

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푃퐶푅퐹

0.9<푟<1.1。

푃퐶푅퐹푠푒푡

5.10挥发性颗粒去除效率（VRE）

VRE大于99%（电迁移粒径为30nm正四十烷颗粒）。

6校准条件

6.1环境要求

6.1.1环境温度：（10~35）℃；

6.1.2湿度：（20~80）%RH；

6.1.3其他：远离振动、电磁干扰、避免阳光直射。

6.2校准用仪器设备

6.2.1标准颗粒计数器

标准颗粒计数器为已经过静电计校准的CPC，其中CPC的截止粒径为4nm。颗

粒浓度校准结果不确定度优于5%（k=2）。

6.2.2皂膜流量计

测量范围（0.02~6）L/min，准确度等级不低于1.5级。

6.2.3颗粒发生器

零电压零点、检测效率、线性度、颗粒计数器的计数重复性及PCRF等的校准应

选择燃烧产生碳烟颗粒物的颗粒发生器，其中颗粒发生器输出模式（即输出颗粒物的

几何平均粒径）可调，发生器输出体积流量应不低于300L/min。

VRE校准应选择电加热式颗粒发生器，颗粒物应为标准正四十烷颗粒。发生器

出口颗粒物经分级器筛分后，所得电迁移粒径为30nm颗粒物浓度不低于10000

cm-3。

6.2.4气溶胶调节器

气溶胶调节器稀释比应连续可调，且配有挥发性颗粒去除装置，挥发性颗粒物去

除效率应大于99%。

6.2.5气溶胶分级器

在（4~600）nm粒径范围内，可根据气溶胶颗粒电迁移率对其进行选择和分离，

并得到几何标准偏差小于1.1的单分散气溶胶样品。气溶胶分级器筛分颗粒粒径偏差

应不低于10%。

颗粒发生器产生的颗粒经气溶胶分级器分级后，带多个电荷颗粒分数不得高于

5

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10%。

6.2.6分流器

分流器偏差范围为0.95~1.05。

6.2.7高效过滤器

高效过滤器过滤效率对于0.3μm颗粒的过滤效率应不小于99.95%。

6.3校准装置原理图

图2PN测量仪校准装置原理图

图3用多分散颗粒检查PEMS线性度校准装置原理图

7校准项目和校准方法

7.1零点检查

零点检查分为两种，一种为过滤后零点，即用满足6.2.7条件的高效过滤器直接

连接在颗粒计数器或VPR进口端检查零点，第二种为零电压零点，即当颗粒计数器

或VPR进口端在DEMC后端时，设定DEMC电压为零，并检查零点。

7.1.1过滤后零点

将高效过滤器与颗粒计数器或VPR原料气进气口端连接，待系统稳定后，连续

测量30次，记录每次得到的浓度值，按公式（1）计算所得数据的算术平均值，作为

过滤后零点。

6

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∑30퐶

퐶̄=푖=10푖(1)

030

式中：

-3

퐶̄0——过滤后零点，cm；

-3

퐶0푖——第i次测量值，cm。

7.1.2零电压零点

将DEMC电压设为零，待系统稳定后，连续测量30次，记录每次得到的浓度值，

按公式（2）计算所得数据的算术平均值，作为零电压零点。

∑30퐶

퐶̄=푖=10푉푖(2)

0푉30

式中：

-3

퐶̄0푉——零电压零点，cm；

-3

퐶0푉푖——第i次测量值，cm。

7.2高响应

使用标准颗粒计数器测量环境颗粒数量浓度大于2000cm-3的环境中，待校准的

颗粒数量测量仪直接测量未经任何过滤器处理的空气中颗粒数量浓度，测量值应大

于1500cm-3。

7.3流量

7.3.1流量示值误差

将皂膜流量计安装在分流器和颗粒计数器之间，待系统稳定后，连续测量6次，

记录每次得到的流量值，按公式（3）计算流量示值误差。

푞푃푁퐶−푞̄퐹푀

푄푞=(3)

푞̄퐹푀

式中：

푞푃푁퐶——设定值，L/min；

푞̄퐹푀——皂膜流量计的6次测量值的平均值，L/min。

7.3.2流量重复性

将皂膜流量计安装在分流器和颗粒计数器之间，待系统稳定后，连续测量6次，

记录每次得到的流量值，按公式（4）计算流量重复性。

푛2

√∑푖=1(푞퐹푀푖−푞̄퐹푀)

푛−1

퐶푉푞=×100%(4)

푞̄퐹푀

7

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式中：

푞̄퐹푀——皂膜流量计6次测量值的平均值，L/min；

푞퐹푀푖——皂膜流量计第i次测量值，L/min；

7.4响应时间푇90

将颗粒计数器入口处颗粒物浓度从0调到其满量程80%附近或系统能发生的单

分散颗粒最高浓度，测量稳定示值，并统计颗粒计数器浓度从0至稳定在稳定值的

90%所需时间，重复上述步骤三次，按公式（5）计算颗粒计数器响应时间T90。

∑3푇

푇=푖=190,푖(5)

903

式中：

푇90,푖——颗粒计数器第푖次푇90测量值，s。

7.5颗粒计数器的计数重复性

系统运行稳定后，通入约为满量程80%的气溶胶，待读数稳定后，连续测量30

次，记录每次测得的浓度值，按公式（6）计算颗粒计数器计数重复性。

∑푛̄2

√푖=1(퐶푁,푃푁퐶,푖−퐶푁,푃푁퐶)

푛−1

퐶푉푃푁퐶=×100%(6)

퐶̄푁,푃푁퐶

式中：

-3

퐶푁,푃푁퐶,푖——第i次的测量值，cm；

-3

퐶̄푁,푃푁퐶——30次测量值的平均值，cm。

7.6颗粒数浓度检测效率

按表1或表2将气溶胶分级器粒径设定到相应值。通过气溶胶调节器将PN测量

仪测量值调节至其量程内，且浓度均匀分布成6个梯度（其中一个为零点），在每个

浓度梯度下，待系统运行稳定后，连续测量五次，每次记录30s内标准器与PN测量

仪的数值。计算五次测量结果的平均值。7.6.1粒径为检测效率不随粒径变化的平坦

区，该粒径记作푑1，对于CPC的情况按照公式（7）、对于DC的情况（8）计算得到

不同浓度下PN测量仪的颗粒数浓度检测效率。

̄

′퐶퐶푃퐶×휂푟푒푓×훽

휂퐶푃퐶(푑1)=(7)

퐶̄푟푒푓

̄

′퐶퐷퐶×휂푟푒푓×훽

휂퐷퐶(푑1)=(8)

퐶̄푟푒푓×∑푝≥1휑푝,푃

式中：

8

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′

휂퐶푃퐶(푑1)——粒径为检测效率平稳区时基于CPC原理PN测量仪的颗粒数浓度

检测效率；

′

휂퐷퐶(푑1)——粒径为检测效率平稳区时基于DC原理PN测量仪的颗粒数浓度检

测效率；

-3

퐶̄퐶푃퐶——CPC原理PN测量仪5次测量结果的平均值，cm；

-3

퐶̄퐷퐶——DC原理PN测量仪5次测量结果的平均值，cm；

휂푟푒푓——标准器的颗粒数浓度检测效率；

-3

퐶̄푟푒푓——标准器5次测量结果的平均值，cm；

훽——分流器偏差；

휑푃——气溶胶中携带p个电荷的分数，无量纲量；

P——颗粒所带电荷数，无量纲量。

7.6.1粒径为检测效率随粒径变化的变化区时的检测效率求法，该粒径记作d2。

a)无多电荷修正时的检测效率。

按照公式（9）、（10）计算得到不同浓度下颗粒计数器的颗粒数浓度检测效率。

̄

′퐶퐶푃퐶×휂푟푒푓×훽

휂퐶푃퐶,훼(푑2)=（对于CPC的情况）(9)

퐶̄푟푒푓

̄

′CDC×ηref×β

휂퐷퐶,훼(푑2)=（对于DC的情况）(10)

C̄ref×∑p≥1φp,P

式中：

′

휂퐶푃퐶,훼(푑2)——粒径为d2时基于CPC原理PN测量仪的无多电荷修正颗粒数浓

度检测效率；

′

휂퐷퐶,훼(푑2)——粒径为푑2时基于DC原理PN测量仪的无多电荷修正颗粒数浓度

检测效率；

′′

注：휂퐶푃퐶,훼(푑2)与휂퐷퐶,훼(푑2)统称为휂푃푁퐶,푎(푑2)。

b)考虑多电荷修正时的检测效率。

按照公式（11）、（12）计算得到不同浓度下PN测量仪的颗粒数浓度检测效率。

′

퐶̄퐶푃퐶−휂퐶푃퐶(푑1)×퐶푁×∑푃≥2휑푃

CPC：휂퐶푃퐶,푏(푑2)=휂푟푒푓×훽(11)

퐶̄푟푒푓−휂푟푒푓×훽×퐶푁×∑푃≥2휑푃

̄

：휂푟푒푓×퐶퐷퐶×훽

DC휂퐷퐶,푏(푑2)=̄′(12)

퐶푟푒푓−휂퐷퐶(푑1)×퐶푁×∑푃≥2휑푝+휂푟푒푓×퐶푁×∑푃≥2휑푃.푃

式中：

휂퐶푃퐶,푏(푑2)——粒径为d2时基于CPC原理PN测量仪的有多电荷修正颗粒数浓度

9

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检测效率；

휂퐷퐶,푏(푑2)——粒径为d2时基于DC原理PN测量仪的有多电荷修正颗粒数浓度

检测效率；

注：휂퐶푃퐶,푏(푑2)与휂퐷퐶,푏(푑2)统称为휂푃푁퐶,푏(푑2)。

c)按公式（13）计算粒径在d2时的检测效率。

휂(푑)+휂(푑)

휂(푑)=푃푁퐶,푎2푃푁퐶,푏2(13)

푃푁퐶22

式中：

휂푃푁퐶(푑2)——粒径为푑2时，PN测量仪的检测效率。

7.7线性度

按7.6方法，在粒径为（50±5）nm及不同浓度范围下分别得到标准器和PN测量

仪的颗粒物浓度，以这两组值做线性图并得到斜率及R2。

按公式（14）计算SEE。

2

1∑푛(퐶̅−퐶̅,)

푆퐸퐸=√푖=1푁,푃푁퐶,푖푁,푃푁퐶,푖(14)

퐶푁,푟푒푓,푚푎푥(푛−2)

式中：

푛——数值的数量，为6次；

-3

퐶푁̅,푃푁퐶,푖——第i组浓度时，PN测量仪颗粒数量浓度实际平均值，cm；

-3

퐶푁,푟푒푓,푚푎푥——标准器测量颗粒数量浓度最大值，cm；

,-3

퐶̅푁,푃푁퐶,푖——第i组浓度时，PN测量仪颗粒数量浓度的估计值，cm。

7.8颗粒数浓度衰减因子（PCRF）

通过调节气溶胶调节器使VPR入口浓度不低于5000cm-3，调节气溶胶分级器电

压值，选择30nm、50nm及100nm颗粒物。对于稀释比可调的一级稀释器和二级

稀释器的VPR使用至少15个标称稀释设置的基础上具有30nm、50nm和100nm

的电迁移率直径的固体烟灰颗粒来确定PCRF，在VPR的稀释因子范围内，至少5

个一级稀释因子在对数上隔开，并且二级稀释至少应使用3种稀释设置。对于稀释比

设置有限的VPR，按设备具体设置情况选择PCRF设定值个数。在不同粒径下及不

同稀释比设置下，使用具有相关性的CPC，连续测量并记录五次VPR上下游颗粒数

浓度。取五次浓度的平均值分别代入等式（15）、（16）计算并校准颗粒数浓度衰减因

子。

10

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푁푖푛(푑푖)

푃퐶푅퐹(푑푖)=(15)

푁표푢푡(푑푖)

푃퐶푅퐹(30푛푚)+푃퐶푅퐹(50푛푚)+푃퐶푅퐹(100푛푚)

푃퐶푅퐹=(16)

푟3

式中：

푃퐶푅퐹(푑푖)——特定VPR设置条件及粒径下颗粒物浓度衰减因子；

-3

푁푖푛(푑푖)——粒径为푑푖时，VPR上游五次颗粒数浓度的平均值，cm；

-3

푁표푢푡(푑푖)——粒径为푑푖时，VPR下游五次颗粒数浓度的平均值，cm；

푑푖——颗粒物电迁移粒径（即为30nm，50nm，100nm）；

푃퐶푅퐹푟——特定VPR设置条件下颗粒物浓度衰减因子测量值。

7.9挥发性颗粒物去除效率（VRE）

使用电加热式颗粒发生器，对标准正四十烷颗粒进行颗粒发生。调节DEMC电

压值，选择30nm颗粒物，其颗粒数浓度值不得低于10000cm-3。设置VPR二级稀

释比为10，一级稀释比为量程内最小值，使用同型号标准CPC，连续测量并记录五

次VPR上下游颗粒数浓度。取五次浓度的平均值分别代入等式（17）计算挥发性颗

粒物去除效率。

푁표푢푡(푑푖)×푃퐶푅퐹푠

퐸푉푅퐸=1−(17)

푁푖푛(푑푖)

式中：

푃퐶푅퐹푠——二级稀释比为10，一级稀释比为量程内最小值及粒径为30nm时颗粒

物浓度衰减因子，该值由待检VPR提供（由7.8计算得出）；

퐸푉푅퐸——二级稀释比为10，一级稀释比为量程内最小值及粒径为30nm时挥发

性颗粒物去除效率。

8校准结果表达

经校准后的PN测量仪应出具校准证书，校准结果应在校准证书上反映。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；

d)校准证书或报告的编号，页码以及总页数；

e)客户的名称和地址；

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f)被校仪器的制造单位，名称，型号和编号；

g)校准单位校准专用章；

h)校准日期；

i)本文件所依据的技术规范名称及编号；

j)本次校准所用有证标准物质和主要测量设备名称，型号，准确度等级或不确定

度最大允许误差，仪器编号，证书（报告）编号和有效期；

k)校准时的环境温度，相对湿度；

l)校准结果以及测量不确定度；

m)对校准规范偏离的说明（若有）；

n)复校时间间隔的建议；

o)“校准证书”的校准人，核验人，批准人签名及签发日期；

p)校准结果仅对被校仪器本次测量有效声明；

q)未经实验室书面批准，部分复制证书或报告的无效声明。

9复校时间间隔

PN测量仪复校时间间隔建议为1年。复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、

使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定的，送校单位可根据实际使用情况自主确定

复校周期间隔。

12

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附录A

机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪校准原始记录

表A.1待校准颗粒物粒子数量测量仪基本信息

委托单位制造单位

单位地址设备名称

准确度等级或最大允许

仪器型号

误差或测量不确定度

校准依据仪器编号

校准地点校准日期

校准员：核验员：

表A.2实验条件

环境温度：湿度：

大气压：

表A.3校准用主要标准及仪器设备

名称生产厂家仪器型号仪器编号证书编号证书有效期

表A.4过滤后零点原始记录

测量值（cm-3）平均值（cm-

3）

表A.5零电压零点原始记录

测量值（cm-3）平均值（cm-

3）

13

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表A.6高响应原始记录

测量值（cm-3）

表A.7流量校准原始记录

测量值（L/min）平均值

（L/min）

表A.8T90校准原始记录

第一次测量值（s）

第二次测量值（s）

第三次测量值（s）

平均值（s）

表A.9颗粒计数器的计数重复性校准原始记录

测量值（cm-3）平均值（cm-

3）

计数重复性

表A.10检测效率及线性度校准原始记录

标称浓度标准器待校设备相对扩展不确定度

检测效率检测效率平均值

-3-3-3

（cm）（cm）（cm）Urel(k=2)

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气溶胶分流器偏差：

多电荷分数：

表A.11颗粒数浓度衰减因子校准原始记录

粒径平均值

序号测量值（cm-3）

（nm）（cm-3）

30

150

100

30

250

100

30

350

100

表A.12挥发性颗粒物去除效率

粒径平均值

测量值（cm-3）

（nm）（cm-3）

30

15

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附录B

机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪校准证书（内页）格式

B.1零点

B.1.1过滤后零点

表B.1过滤后零点校准结果

校准项目测量平均值cm-3限值cm-3结果

过滤后零点

B.1.2零电压零点

表B.2零电压零点校准结果

校准项目测量平均值（cm-3）限值（cm-3）结果

零电压零点

B.2高响应

表B.3高响应校准结果

校准项目显示值（cm-3）限值（cm-3）结果

高响应

B.3流量相关系数

表B.4流量校准结果

校准项目显示值限值结果

流量重复性

流量示值误差

B.4响应时间T90

表B.5响应时间校准结果

校准项目显示值（s）限值（s）结果

响应时间

第X页/共X页

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B.5颗粒计数重复性

表B.6颗粒计数器的计数重复性校准结果

校准项目重复性限值结果

重复性

B.6检测效率

表B.7检测效率校准结果

粒径标称浓度标准器浓度待校设备浓度Urel

检测效率

nmcm-3cm-3cm-3(k=2）

B.7线性度

表B.8线性度校准结果1

标称浓度标准器浓度待检设备浓度

检测效率限值结果

cm-3cm-3cm-3