《大气二氧化碳和甲烷浓度观测系统测试方法》

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大气二氧化碳和甲烷浓度观测系统测试方法

1范围

本文件规定了大气二氧化碳和甲烷浓度观测系统的测试内容及要求，给出了测试方法。

本标准适用于大气二氧化碳和甲烷浓度观测系统的功能与性能的测试与评估。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

标气standardgas

以干洁空气为底气、目标物质浓度已知的混合气体。

[来源：GB/T34286—2017，2.1]

3.2

工作标气workingstandardgas

用于对样品中目标物质浓度进行定量测量的标气。

[来源：GB/T34286—2017，2.2]

3.3

目标气targetstandardgas

用于检查和评估测量系统运行状况而被当作样品进行定期和重复测量的标气。

[来源：GB/T34286—2017，2.3]

3.4

样气samplinggas

由测量系统进行测量的气体。

[来源：GB/T34286—2017，2.4]

4测试内容及要求

测试内容

包括但不限于以下测试内容：

——气密性测试；

——测量功能测试：包括样气采集、除湿、样气选择、要素浓度测量、数据存储与显示等；

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——测量性能测试：包括样气流量、保留时间、除湿性能、冷阱管切换影响、标气浓度测量、总体测量性能、线性、重复性、漂移、目标气测量等。

4.2测试要求

4.2.1气密性测试

观测系统完成安装后，应对所有气路的气密性进行检查，包括采样管线及接头、气瓶与减压阀、各种控制阀接口、各组件间的连接部位、仪器或设备内部与外部的进气/出气管路及连接部位等。

4.2.2测量功能测试

要求如下：

——样气采集功能：应具有样气(空气、标气等)采集功能；

——除湿功能：应具有一级或多级水汽去除功能；

——样气选择功能：应具有空气、标气等的选择与通气时长自动控制功能；

——要素浓度测量功能：应具有测量要素(二氧化碳、甲烷、水汽等)浓度的实时测量功能；

——数据存储显示功能：应具有测量数据存储、显示功能。

4.2.3测量性能测试

要求如下：

——样气流量：标气(工作标气、目标气)、空气等的流量应稳定，与设定流量间的偏差应符合测量系统的规定的要求；

——保留时间：进气口至分析主机的保留时间、标气至分析仪主机的保留时间，应符合测量系统的规定的要求；

——除湿性能：经多级除湿后，空气中水汽浓度应符合测量系统的规定的要求；

——冷阱管切换影响：冷阱管自动切换后，CO₂或CH₄浓度恢复至切换前浓度水平的时长应符合测量系统的规定的要求；

——标气测量：应具有标气量值传递溯源证书，标气中CO₂或CH₄浓度、水汽浓度应符合测量系统的规定的要求；

——总体测量性能测试：利用目标气模拟空气，对整个测量系统(采样泵后端至分析单元出气口)的总体测量情况进行测试，目标气中CO₂或CH₄浓度、水汽浓度应符合测量系统的规定的要求；

——线性测试：使用不少于3瓶标气进行测试，标气中CO₂或CH₄的标称浓度与仪器测量结果间的拟合优度、CO₂或CH₄浓度拟合残差(拟合结果对于标气标称浓度的差)应符合测量系统的规定的要求；

——重复性测试：使用同一瓶标气进行连续10小时测量，每5min平均值的标准偏差应符合测量系统的规定的要求；

——漂移测试：使用同一瓶标气进行连续24小时测量，每5min平均值的最大值与最小值间偏差应符合测量系统规定的要求；

——目标气偏差：使用工作标气计算目标气中CO₂和CH₄浓度，计算浓度与标称值差异应符合测量系统规定的要求。

——高精度温度气体二氧化碳和甲烷浓度测量系统的测量性能测试要求见附录A。

5测试方法

5.1气密性测试

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要求如下：

——标气连接管路：在钢瓶、减压阀、气路、减压表等各接头处用专用检漏液检漏，应无气泡；——分析仪连接管路：利用零空气、或高浓度/低浓度的二氧化碳或甲烷气体（以下简称检漏气体），在分析仪各连接接头、机箱通风口处喷洒，观察分析仪端的二氧化碳或甲烷浓度响

应，无异常升高或降低时，表明本段管路气密性良好；

——采样口至抽气泵连接管路：使用检漏气体，在管路四周、采样泵和接头处喷洒，观察分析仪

端的二氧化碳或甲烷浓度响应，无异常升高或降低时，表明本段管路气密性良好；

——抽气泵出口至分析仪连接管路：在抽气泵出口、管路及接头等处用专用检漏液检漏，应无气

泡产生；

——除湿系统连接管路：用专用检漏液检查各管路连接处，应无气泡；

——隐蔽性接口/阀口连接管路：打开冷阱仪、阀箱等设备的外面板，露出内部气路管线，检查所有气路管线接口、冷凝管接口、阀口管路接口等是否完整无裂纹；使用检漏气体或专用捡漏液对管路及接头、选择阀阀口等处进行检漏，观察分析仪端的二氧化碳或甲烷浓度响应，

无异常升高或降低，或未出现气泡时，表明本段管路气密性良好；

——对于管路内为正压的管路，也可使用保压测试的方法进行气密性检漏。

测量功能测试

5.2.1样气采集功能

方法如下：

——按系统设计图连接空气、标气等采样管路；

——启动采样阀控制系统；

——切换至标气气路，在出气口处用流量计检查是否有气体流出，同时，调节标气输出压力，流量计应随之同步变化；

——切换至空气气路，在出气口处用流量计检查是否有气体流出，同时，调节空气输出压力，流量计应随之同步变化。

5.2.2除湿功能测试

方法如下：

——应利用具有水汽测量功能的仪器仪表或测量仪器主机，测量样气中的水汽含量；

——具有多级除湿功能的观测系统，应对除湿性能进行分级测试；

——测量除湿系统启用前后样气中的水汽浓度，除湿后样气中水汽浓度应低于除湿前的水汽含量。

5.2.3样气选择功能

方法如下：

——按系统设计连接好空气、标气等采样管路；

——启动样气选择控制系统，进行阀位切换，查看显示阀位与真实阀位是否一致，阀位切换时是否顺畅无杂音；

——任意切换某一样气气路，在选择阀出气口处用流量计检查是否有气体流出，同时，调节该样

气输出压力，流量计应随之同步变化。按此方法，完成所有样气气路选择功能测试。

5.2.4要素浓度测量功能方法如下：

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——使观测系统处于正常工作状态；

——切换至标气气路，检查分析单元实时测量要素（二氧化碳、甲烷、水汽等）的浓度等测量数据，应接近标气中对应要素的标称浓度；

——切换至空气气路，检查分析单元实时测量要素（二氧化碳、甲烷、水汽等）的浓度等测量数

据，应呈现随机波动变化；

——检测观测系统的仪器参数测量数据，等应处于仪器允许的有效阈值范围内。

5.2.5数据存储显示功能

方法如下：

——检查观测系统的数据信息显示、输出的数据文件等；

——数据文件中应有测量要素浓度信息、光腔压力、温度、阀位信息等数据。

测量性能测试

5.3.1样气流量测试

方法如下：

——应使用合格的流量计，在观测系统的分析仪出气口处标气、空气等流量进行测试；

——测试时，应确保测试气路通畅；

——进行样气选择切换操作，分别测试并记录标气、空气等流量，应符合测量系统规定的要求。

5.3.2保留时间测试

方法求如下：

——进气口至分析仪主机的保留时间，在进气口四周喷洒检漏气体，用秒表计时并观察分析仪CO2或CH4浓度达到峰值的时间，应在测量系统规定的时间范围内；

——标气至分析仪主机的保留时间，将阀位切换至标气进样气路，用秒表计时并观察分析仪CO2或CH4浓度达到峰值的时间，应在测量系统规定的时间范围内。

5.3.3除湿性能测试

方法如下：

——空气除湿：在空气相对湿度≥60%时，将实际空气接入测量系统，测量除湿系统启用前后的水汽浓度，除湿后的水汽浓度应符合测量系统对水汽浓度的要求；

——加湿模拟：在空气相对湿度<60%时，可将水汽发生装置接入观测系统除湿单元的前端空气管路中，控制并产生相对湿度稳定的水汽，测量除湿系统启用前后的水汽浓度，应符合测量系统对水汽浓度的要求；对于具有多级除湿功能的观测系统，可采用关闭除湿单元或进行分级旁路的方式进行测试。

——冷阱管切换影响：将观测系统的进样序列设置为工作标气进样，冷阱管自动切换时间设置为最短间隔，进行至少3～5次切换；检查包含冷阱管切换时段对应的CO2或CH4浓度观测数

据，冷阱管切换后的CO2或CH4浓度恢复至冷阱管切换前浓度水平的时长应在测量系统规定的时间范围内，切换后的水汽浓度测量值应低于则量系统对水汽浓度的要求。

5.3.4标气浓度测试

方法如下：

——检查标气证书或校准报告，应具有量值传递溯源证书；

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——使观测系统处于正常运行状态，分别切换至工作标气、目标气，每瓶标气的通气时长不少于5分钟，检查测量的CO2、CH4和水汽浓度测量值，与其标称值相比，二者偏差应在允许范围之内。

5.3.5总体测量性能测试

方法如下：

——使用目标气模拟空气进行测量的方式对观测系统进行测试；

——拆下采样泵后出气口接头，接上目标气；有条件的，可将标气连接在空气采样管的进气口处；

——交替测量工作标气和目标气，每瓶标气测量时长为5min，每瓶标气交替测量3次为一周

期，测试不少于3个周期；

——去掉前2min数据，统计后3min数据均值，利用工作标气计算目标气中CO2和CH4浓度；

——根据目标气CO2和CH4的计算浓度值与其标称浓度值间的差值，评价进气管路和分析仪的性能是否符合要求。

5.3.6线性测试

方法如下：

——利用浓度覆盖CO2和CH4浓度变化范围的一组（3瓶或以上）不同浓度的标气进行测试；

——交替对标气进行测量，每瓶标气测量时长为5min，每瓶标气交替测量3次为一周期，测试不少于3个周期；

——去掉前2min数据，统计后3min数据均值，取所有周期测量均值的算术平均值作为每瓶标气的测量结果。

——利用标气的测量结果与标称浓度进行线性拟合分析，CO2和CH4测量的拟合优度、拟合残差等应符合测量系统规定的要求。

5.3.7重复性测试

方法如下：

——在相同测量条件下，利用同一瓶标气进行连续测量，时长不少于10小时；

——去掉开始时不稳定的测量数据，计算每5min测量的CO2和CH4浓度均值与标准偏差，应符合测量系统规定的要求。

5.3.8漂移测试

方法如下：

——利用同一瓶标气进行连续测量，时长不少于24小时；

——去掉开始时不稳定的测量数据，计算每5min、每1h测量的CO2和CH4浓度均值，测试时长内最大与最小值间偏差应符合测量系统规定的要求。

5.3.9目标气测量测试

方法如下：

——将工作标气、目标气接入观测系统，交替循环测量，每瓶标气交替测量，时长为5min，测量3次为一周期，测试不少于3个周期；

——统计后3min数据平均值，利用工作标气的标称值和测量响应计算目标气中CO2和CH4浓度，与标称值的偏差应备符合测量系统规定的要求。

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6测试记录

应准确记录测试结果，原始测试数据、处理过程数据等应妥善保存并归档。

测试结束后应编制测试报告，报告内容应包括但不限于：测试目的、测试依据、测试内容、测试方法、测试系统概述、测试工作组织（包括测试时间、地点、人员等）、测试结果、测试结论等。

A

A

B

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附录A

（资料性）

高精度温室气体二氧化碳和甲烷浓度测量系统的测量性能测试要求

高精度温室气体二氧化碳和甲烷浓度测量系统的测量性能测试要求如下：

——样气流量：标气（工作标气、目标标气）、空气等的流量与设定流量间的偏差应小于10%；

——保留时间：进气口至分析主机的保留时间应不超过2min；标气至分析仪主机的保留时间应不超过1min；

——除湿性能：进入分析系统前，空气中水汽含量应低于40ppm；

——冷阱管切换影响：冷阱管自动切换后，CO2或CH4浓度恢复至切换前浓度相当水平的时长应小于1min；

——标气测量：标气(工作气与目标气)测量结果与其标称浓度间偏差，应分别满足：CO2＜0.2ppm、CH4＜5ppb、水汽浓度应小于5ppm；

——总体测量性能测试：目标气CO2和CH4浓度的计算值与标称值的偏差，应分别满足：CO2≤0.2ppm、CH4≤5p