颗粒数浓度测量仪器整体计量校准规范征求意见稿

ICS13.040.50

WJZZ

团体标准

T/WJZZ009—2021

颗粒数浓度测量仪器整体计量校准规范

Wholemeasurementcalibrationmethodofparticlenumberconcentrationmeasuring

instrument

（征求意见稿）

2021-XX-XX发布2021-XX-XX实施

苏州市吴江区智能制造协会发布

前言

本规范按照GB/T1.1―2020规则编写。

本规范由北京理工大学提出。

本规范由苏州市吴江区智能制造协会归口。

本规范起草单位：北京理工大学、江苏黯图测试技术有限公司、济南市计量检定测试院、中汽研

汽车检验中心（天津）有限公司、上海机动车检测中心、北京现代有限公司、帕剌斯仪器（上海）有

限公司、苏州市吴江区智能制造协会。

本规范起草人：谭建伟、张登、张文帅、钟祥麟、冯晓枫、吴雪辉、庄义成、王旭、马兆捷。

本规范为首次发布。

II

颗粒数浓度测量仪器整体计量校准规范

1范围

本规范适用于粒径测量范围（10~2500）nm，基于CPC法或基于DC法原理颗粒数浓度测量仪器（以

下简称PN检测仪）的整体校准（即包含加热采样管、颗粒计数器及挥发性颗粒去除器的整体校准）。其

它测量范围仪器参照本规范执行。

2引用文件

本规范引用了以下文件：

GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量标准（中国第六阶段）

ISO27891:2015气溶胶颗粒数浓度-凝结核粒子计数器的校准(Aerosolparticlenumber

concentration-Calibrationofcondensationparticlecounters)

ISO15900:2020气溶胶颗粒粒径分布测量-差分电迁移法(Determinationofparticlesize

distribution—Differentialelectricalmobilityanalysisforaerosolparticles)

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。

[来源：ISO27891:20153.1]

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，术语“单分散”

用于GSD小于或等于1.15。

[来源：ISO27891:20153.22]

3.3校准气溶胶calibrationaerosol

由分流器提供的经过电荷调节和大小分级的气溶胶，其颗粒数浓度经过调整以进行校准测量

[来源：ISO27891:20153.4]

3.4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进行选择和分离，并得到单分散样品的一种分类器。

1

[来源：ISO27891:20153.12]

3.5检测效率detectionefficiency

仪器报告的浓度与仪器入口处的实际浓度之比。

[来源：ISO27891:20153.11]

3.6平稳区检测效率

粒度范围内不受粒径影响的平均检测效率。

[来源：ISO27891:20153.27]

3.7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。

[来源：ISO27891:20153.10]

3.8扩散充电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。

4概述

颗粒数浓度测量仪器（英文全称ParticleNumberConcentrationMeasuringInstrument，本规范

简称PN检测仪），主要由挥发性颗粒物去除器，颗粒数浓度计数器，加热采样管三部分组成。PN检测仪

主要用于发动机排气中颗粒数浓度的测量。测量过程第一步由加热采样管从发动机排气管或定容稀释排气

取样单元中抽取原始气溶胶，第二步由下游挥发性颗粒物去除器进行一级热稀释，挥发性或半挥发性颗粒

物高温去除（或为加热式催化汽提器，进行高温催化去除）及二级冷稀释三步预处理，以生成满足下游测

量条件的气溶胶，第三步由基于CPC法或基于DC法颗粒数浓度计数器进行颗粒数浓度测量。图1为颗粒

数浓度测量仪器简图。

2

图1颗粒数浓度测量仪器结构简图

5计量特性

5.1零点

5.1.1过滤后零点

PN检测仪气溶胶入口直连高效过滤器时，其颗粒数浓度：<0.1cm-3。

5.1.2零电压零点

PN检测仪气溶胶入口连接DEMC，且DEMC电压设置为0时，其颗粒数浓度：<1cm-3。

5.2高响应

>500cm-3。

5.3流量示值误差

绝对值≤5%。

5.4流量重复性

<2%。

5.5响应时间T90

<5s。

5.6颗粒计数重复性

≤3%。

5.7检测效率（限值均对于单分散颗粒）

对于PN检测仪（包括采样管）：

粒径（nm）23305070100200

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

5.8线性度

测量参数/仪器斜率标准差SEE判定系数R2

PN检测仪×≤5%1−ma1x+00.85-1.15≤10%≥0.95

6校准条件

6.1环境条件

6.1.1环境温度：（10~35）℃

6.1.2相对湿度：＜80%RH

6.2校准用计量器具

6.2.1颗粒发生器

校准用颗粒源为燃烧产生的碳烟颗粒物，且颗粒发生器输出模式（即输出颗粒物的几何平均粒径）可

3

调，发生器输出体积流量应不低于300L/min。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10%。

6.2.2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%。

6.2.3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%。

6.2.4标准颗粒计数器

本标准颗粒计数器为凝结核粒子计数器，要求其在4nm粒径下检测效率为（50±12）%，7nm粒径下

检测效率应大于90%。颗粒数浓度检测效率校准结果不确定度优于7%（k=2）。

6.2.5皂膜流量计

测量范围（20~6000）ml/min，准确度等级不低于1.5级。

6.2.6高效过滤器

高效过滤器对于0.3μm颗粒的过滤效率应不小于99.95%。

6.3校准装置示意图

7校准项目和校准方法

7.1外观检查

仪器应具有铭牌、铭牌上应标明仪器名称、型号规格、出厂编号、生产编号、制造单位等信息。仪器

表面应完好无损，无明显缺陷，各零部件连接可靠，各操作键、按钮使用灵活，定位准确。仪器主机面板

显示清晰，涂色牢固，字符、标识易于识别，无影响读数的缺陷，仪器应具备较好的便携及移动性。分析

仪器及其配套装置须具有数据文件自动记录与存储、历史数据查询、再处理与打印的功能，具有手动、自

动或外标法校准功能。

7.2零点检查

零点检查分为两种，一种为过滤后零点，即用满足6.2.6条件的高效过滤器直接连接在PN检测仪进

口检查零点，第二种为零电压零点，即当PN检测仪进口端在DEMC后端时，设定DEMC电压为零，并检查

零点。

4

7.2.1过滤后零点

将高效过滤器与PN检测仪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，计算所得数据的算术平均值，作为过滤后零点。

30

C0i

Ci1100%（1）

030

式中：

——过滤后零点，cm-3；

C0

——第i次测量值，cm-3。

C0i

7.2.2零电压零点

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，计算所得数据的算术

平均值，作为零电压零点。

30

C0Vi

Ci1100%（2）

0V30

式中：

——零电压零点，cm-3；

C0V

——第i次测量值，cm-3。

C0Vi

7.3高响应

PN检测仪直接测量未经任何过滤器处理的空气中颗粒物浓度，测量值应>500cm-3。

7.4流量检查

7.4.1流量示值误差

将皂膜流量计安装在分流器和PN检测仪之间，待系统稳定后，连续测量5次，记录每次得到的流量

值，按公式（3）计算流量示值误差。

qq

检测仪FM（3）

Qq

qFM

式中：

——流量示值误差；

Qq

q检测仪——设定值，L/min；

——皂膜流量计的5次测量值的平均值，L/min。

qFM

7.4.2流量重复性

将皂膜流量计安装在分流器和PN检测仪之间，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。

5

n2

i1(qFMiqFM)

n1

CVq100%（4）

qFM

式中：

CVq——流量重复性；

——皂膜流量计6次测量值的平均值，L/min；

qFM

——皂膜流量计第i次测量值，L/min；

qFMi

7.5响应时间

将PN检测仪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，统

计PN检测仪浓度从0至稳定在设定值的90%所需时间，重复上述步骤三次，按公式（5）计算PN检测仪

响应时间T90。

3

T90,i

T=i=1（5）

903

式中：

T90,i——第i次的测量值，s；

7.6颗粒计数重复性

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）计算颗粒计数重复性。

n2

i1(CN,检测仪,iCN,检测仪)

n1

CV检测仪100%（6）

CN,检测仪

式中：

CV检测仪——颗粒计数重复性；

——第i次的测量值，cm-3；

CN,检测仪,i

——30次测量值的平均值，cm-3；

CN,检测仪

7.7颗粒数浓度检测效率

通过气溶胶调节器将PN检测仪测量值控制在其量程内，均匀分布6个浓度梯度（对于基于CPC法PN

检测仪其中一个为零点，对于基于DC法PN检测仪最小值为其检测下限），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。检

测效率均测量单分散气溶胶颗粒。

7.7.1检测效率计算

7.7.1.1粒径为检测效率不随粒径变化的平稳区，该粒径记作d1，按照公式（7）、（8）计算得到不同浓

度下PN检测仪的颗粒数浓度检测效率。

6

'CCPC标准器

CPC(d1)（对于CPC的情况）（7）

C标准器

C

'(d)DC标准器（对于DC的情况）（8）

DC1

C标准器p1p,P

式中：

'——粒径为检测效率平稳区时基于CPC法PN检测仪的颗粒数浓度检测效率；

CPC(d1)

'——粒径为检测效率平稳区时基于DC法PN检测仪的颗粒数浓度检测效率；

DC(d1)

及——PN检测仪5次测量结果的平均值，cm-3；

CCPCCDC

标准器——标准器的颗粒数浓度检测效率；

-3

C标准器——标准器5次测量结果的平均值，cm；

——分流器偏差；

——气溶胶中携带p个电荷的分数，无量纲量；

P

P——颗粒所带电荷数，无量纲量。

7.7.1.2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。

7.7.1.2.1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PN检测仪的颗粒数

浓度检测效率。

C

'CPC标准器（对于CPC的情况）（9）

CPC，(d2)

C标准器

C

'(d)DC标准器（对于DC的情况）（10）

DC,2

C标准器p1p,P

式中：

'——粒径为d时基于CPC法PN检测仪的无多电荷修正颗粒数浓度检测效率；

CPC，(d2)2

'——粒径为d时基于DC法PN检测仪的无多电荷修正颗粒数浓度检测效率；

DC，(d2)2

注：'与'统称为。

CPC，(d2)DC，(d2)检测仪,a(d2)

7.7.1.2.2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检测仪的颗

粒数浓度检测效率。

C

C'(d)标准器

CPCCPC1P2P

标准器

，(d)（对于CPC的情况）

CPCb2C标准器

C标准器

标准器标准器P2P

标准器

（11）

7

标准器CDC

，(d)（对于DC的

DCb2CC

C(d)标准器标准器，P

标准器DC1P2p标准器P2P

标准器标准器

情况）（12）

式中：

——粒径为d时基于CPC法PN检测仪的有多电荷修正颗粒数浓度检测效率；

CPC,b(d2)2

——粒径为d时基于DC法PN检测仪的有多电荷修正颗粒数浓度检测效率；

DC,b(d2)2

注：与统称为。

CPC,b(d2)DC,b(d2)检测仪,b(d2)

7.7.1.2.3取和的平均值为粒径在d时的检测效率。

检测仪,a(d2)检测仪,b(d2)检测仪(d2)2

7.8线性度

按7.7标准，在粒径为d1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

做带平滑曲线的散点图，得到斜率及R2。

8校准结果表达

按本规范进行校准，校准结果应给出检测效率测量结果的不确定度（评定示例见附录A）。

经校准后的PN检测仪应出具校准证书，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；

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)准所依据的技术规范名称及代号；

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；

8

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检测仪复校时间间隔建议为1年。由于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，因此，送校单位可根据实际使用情况自主确定复校周期间隔。

9

附件A（资料性附录）

PN检测仪检测效率不确定度评定方法

A.1校准标准简述及测量模型

校准标准及测量模型请参见本标准7.7。

A.2不确定度计算公式

参考本标准7.7可知，影响测量结果的因素主要有：PN检测仪检测效率重复性检测仪、分流器

,

偏差、标准器检测效率标准器、标准器流量偏差标准器及多电荷分数。不确定度计算公式可

由公式（A.1）、（A.2）导出。,Φ

检测仪检测仪标准器标准器

2222

=,++对于平稳区粒,径+的情况（）

CPCA.1

检测仪检测仪标准器标准器

22222

=对于,变化+区粒径检+测仪或平稳区,粒径+的情+况Φ（）

PNDCA.2

A.3不确定度分量的评定

A.3.1PN检测仪检测效率重复性引入的不确定度

由本标准7.7可知，PN检测仪检测效率测量结果为五次测量结果的平均值，评定不确定度测量次数

不少于7次，则PN检测仪检测效率重复性引入的相对不确定度检测仪采用A类标准评定，由公式

（A.3）求得。,

检测仪（）

,=A.3

式中：

——实际校准中重复测量次数，m=5；

m——标准偏差；

——实际校准中5次实验颗粒数浓度的平均值；

A.3.2分流器偏差引入的不确定度

分流器偏差引入的相对不确定度可以通过连续测量得到测量列，并采用公式（A.4）、（A.5）

求得。

22

12

+

标准器与=测量仪流量相差以内的情况（）

2

PN10%A.4

10

22

标准器与=测量仪+流量1相−差大于的情况（）

式中：PN10%A.5

——标准器与测量仪流量相差不超过时的分流器偏差；

——标准器与PN测量仪流量相差大于10时%的分流器偏差；

——分流器出口PN对应颗粒数浓度的比率1；0%

1——相对于，交换测量器位置后，分流器出口对应颗粒数浓度的比率；

21

A.3.3标准器检测效率引入的不确定度

标准器检测效率引入的相对不确定度标准器由标准器校准证书提供。

,

A.3.4标准器流量引入的不确定度

标准器流量引入的相对不确定度标准器可以通过连续测量得到测量列，并采用公式（A.6）求得。

标准器标准器

标准器（）

,标−准器,

=A.6

式中：3,

标准器——标准器流量五次测量的平均值，L/min；

,

标准器——标定证书上流量标称值，L/min。

,

A.3.5多电荷分数引入的不确定度

多电荷分数引入的相对不确定度采用A类标准评定，由公式（A.7）求得。

（）

=A.7

式中：

——实际校准中重复测量次数，m=5；

m——标准偏差；

——实际校准中5次实验的平均值；

A.3.6标准不确定度

综上所诉，将A.3.1至A.3.5结果代入公式（A.1）或公式(A.2）中可得PN检测仪标准不确定度

检测仪。

11

A.3.7扩展不确定度

由公式（A.8）可得PN检测仪相对扩展不确定度检测仪

,=2

检测仪检测仪

=2×(A.8)

12

目次

前言............................................................................................................................................................................2

1范围.......................................................................................................................................................................1

2引用文件...............................................................................................................................................................1

3术语和计量单位...................................................................................................................................................1

4概述.......................................................................................................................................................................2

5计量特性...............................................................................................................................................................3

6校准条件...............................................................................................................................................................3

7校准项目和校准方法...........................................................................................................................................4

8校准结果表达.......................................................................................................................................................8

9复校时间间隔.......................................................................................................................................................9

附件A（资料性附录）不确定度评定示例.........................................................................................................10

I

颗粒数浓度测量仪器整体计量校准规范

1范围

本规范适用于粒径测量范围（10~2500）nm，基于CPC法或基于DC法原理颗粒数浓度测量仪器（