一氧化碳自動監測中不確定度的評定

徐衡

摘要：隨著人們生活質量的提高，人們越來越關注周邊的空氣質量。通過借助一氧化碳自動監測儀構建數學模型，然后對測量與計算出的數據進行分析，能夠清楚掌握一氧化碳自動監測儀中不確定度中有關的分量值，對于提高監測質量與改善空氣質量都有顯著的幫助。

關鍵詞：一氧化碳 一氧化碳自動監測儀 不確定度評定

0 引言

根據現行的《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）的要求，升級監測因子，實現在線質量控制與監督，并將監測數據實時對外公布。但實際在日常監測中，往往存在監測到的數據伴隨著不確定性，只有對不確定度進行有效的評定，才能保證監測到的數據真實有效，從而提高監測數據的準確度以及可靠度。下文將通過分析一氧化碳的主要來源以及自動監測過程中數值不準確進行分析，并結合相關的試驗模型對一氧化碳自動檢測系統不確定度進行評定。

1 空氣中一氧化碳的主要來源

空氣中的一氧化碳的主要來源分為兩種，一種是室內空氣中一氧化碳，另一種是大氣中存在一氧化碳。前者主要是人們在吸煙過程中煙草燃燒所產生的，后者來源一方面是機動車輛尾氣排放中包含一氧化碳氣體，另一方面是工業區在進行加工制造與生產過程中排放出來的氣體中含有一氧化碳含量，且后者產生的一氧化碳的含量較高。

2 一氧化碳自動檢測過程中數值誤差分析

2.1 環境溫度對監測儀器的影響

無論是在試驗中還是在實際的監測操作中，監測人員都應該將選擇的測量儀器妥善放置在合適的環境中。因為溫度過高或過低會使儀器精度有影響，當溫度過高時甚至會使儀器不能正常工作，而導致監測出來的數值有較大的誤差，而當溫度過低，特別是在零攝氏度以下時會導致儀器出現凝露等現象，從而影響監測結果。

2.2 周邊電磁對站房的影響

在進行一氧化碳自動監測系統不確定度的評定過程中，周邊磁場會對站房存在一定的干擾，導致監測的數值存在誤差。所以在進行監測時可以在距離電磁干擾輻射較遠的位置建設站房，減少電磁因素的影響。如果站房已經在會受到電磁輻射干擾的范圍之內建立，則應該采取合理的手段，對電磁干擾進行屏蔽。

2.3 使用儀器未校準

在進行一氧化碳自動監測系統不確定度評價中，使用的儀器若沒有定期的校準與校標以及校零，將會影響到儀器在實際測量中具有的精度與漂移，致使監測結果存在誤差。

2.4 儀器審核不仔細

儀器使用之前與之后，相關的工作人員以及管理人員沒有仔細的審核儀器，將不能及時發現破損儀器或是質量不達標的儀器，進而難以保證問題儀器得到及時的更換，使得監測人員使用的儀器本身存在缺陷，而導致監測數值有誤差。

3 一氧化碳自動監測系統中不確定度的評定原理及方法

3.1 評定原理

在對一氧化碳進行自動監測過程中，該系統選擇的監測方法是非分散紅外吸收法。利用這種方法是由于一氧化碳是對于中心波段是4.5um，能夠有選擇性的吸收其所攜帶的紅外輻射，并且當濃度值在適宜的濃度區間之中，一氧化碳的濃度與吸收的紅外輻射程度之間存在可循的線性關系，所以可以依據其吸收值的大小，計算出樣品中具有一氧化碳的濃度值。

3.2 在監測中使用的試驗方法

一氧化碳自動監測系統中不確定度的評定方法中，量值傳遞基準的選取是環境監測總站在對標準物質進行研究之后而提供的可靠地標準氣體。然后可以借助動態氣體校準儀將零氣與選取的標準氣體進行混合，保證兩種氣體之間能夠充分的稀釋，從而使一氧化碳氣體的濃度能夠達到所需的濃度值。最后將已經調試好的一氧化碳氣體傳送到監測儀器中，傳送介質需要使用采樣管路，之后監測儀器便會將氣體具有的濃度檢測出來。

因此，一氧化碳濃度試驗在進行不確定度評定監測過程中可以借助校準標準點的方法，在進行監測儀器的示值誤差與標準氣體的流量以及零氣流量不確定度三者之間的測試過程中，可以借助重復性試驗方法進行有效評定。

3.3 試驗中需要選擇的儀器和標準物質

在進行一氧化碳自動監測系統中不確定度的評定中需要使用合適的監測儀器與標準物質，盡可能的減小試驗誤差。我們使用的是編號為CM12509090的熱電48i儀器。其中使用的標準氣體有嚴格的要求，我們使用的是環保部標準樣品研究所的標氣，并且其純度不確定度保持在百分之一。

3.4 進行試驗過程中相關的要求

①選擇使用的標準氣體必須保證在規定的使用有效期內。

②在進行不確定的評定之前需要進行儀器流量校準，使用的校準流量儀器必須是計量部門通過校準試驗后認可的流量計。

③監測儀器在未開始進行評定前需要進行多點校準，以便保證監測儀器所具有的性能能夠達到監測方法的標準要求。

④自動監測儀器需要妥善放置，放在室內需要保證環境溫度盡量在20攝氏度到30攝氏度的范圍之內，還應控制環境濕度最好不要超過百分之八十。

3.5 建立自動監測系統數學模型

該系統按照監測儀器的使用原理以及動態氣體校準儀在試驗中遵循的工作原理，可以構建自動監測系統數學模型。并且該數學模型如下：

y=C■×■×Fs×rep+Δ

μ■■=μ■■+μ■■+μ■■+μ■■+μ■■+μ■■（不確定度傳播律）

該數學模型中y代表監測氣體具有的質量濃度，其單位是升每毫克，表示方式為mg/L；Qx與Q0分別表示標準氣體的流量與零氣的流量，并且兩者之間的單位表示方式為ml/min；C0是指標準氣體的濃度；rep是指使用監測儀器的示值重復性；而Fs表示跨度具有的精度，其單位和表示方式與監測氣體的質量濃度表示方式一致；Δ表示監測儀器的飄移，單位表示方式為μg/L。

4 一氧化碳自動監測系統中不確定度的評定與來源

在進行一氧化碳自動監測系統不確定度的評定中，其中不確定度的來源與標準氣體的濃度的不確定度有著直接的聯系，并且動態氣體校準儀以及其他的監測儀器之間的準確度，甚至儀器出現的示值所產生的重復性以及儀器的飄移等都會對評定結果產生不確定度。

4.1 標準氣體濃度的標準不確定度評定

有上述的選擇試驗氣體可知，已選的標準氣體具有的純度不確定度是百分之一，將標準氣體的純度不確定度根據均勻分布的方式進行解決，并且均勻分布中存在k=■，所以μ■■=■=0.58%

4.2 質量流量計不確定度評定

質量流量計的不確定度主要的分量是標準氣體的流量與零氣的流量。其中

由于配置之后的標氣具有的濃度值C0為16mmol/mmol，所以可以計算出標氣的控制流量應為每分鐘28.7毫升，而對于不確定度的評定可以通過標準流量計反復測量之后得出相應的值。

經過反復且仔細的計算最終可以得到CQx與CQ0的值分別為0.553、-5.29×10-3

經過儀器測量之后產生的均值標準差是

并且具有的不確定度是

因此，根據上面的公式與已知的數據可求出SQx與

μ■■的值依次為1.22×10-2、4.25×10-2，將已知的所有數據帶入公式中，可以將C（Qx）μ■■求出為2.35×10-4。

所以，將所有計算出來的數值填充到公式中便可以求出質量流量計標準不確定度的值，最終結果大約為0.024%。

4.3 儀器示值誤差以及儀器示值重復性標準不確定度評定

一般情況下，實際監測過程中允許監測儀器存在百分之一的跨度精度誤差。根據均勻分布方法將精度誤差不確定度分布進行有效的處理，其中k=■，所以可以將μ■計算出來，其值為0.058%。

在進行儀器的示值出現的重復性不確定度試驗過程中，可以借助兩臺型號一致的儀器進行反復測量，然后將樣本中的標準差進行合并測量，不過其中需要依據跨度標準濃度而得出準確的不確定度。

根據準確的操作步驟以及嚴謹的計算可以得到該值為0.056%。

4.4 儀器漂移不確定度評定

這種不確定度評定中需要考慮的兩點不確定度主要是標點漂移以及零點漂移。根據現有的參數可知，標點漂移的參數值為0.5%，而零點飄移的參數值為0.2%。因此，根據參數以及相關的已知數據可以計算出標點漂移的不確定度為0.29%。零點漂移不確定度為41%。綜上所述，可以得出合成標準不確定度0.92%。

當所取的k值不再是■而是2時，可以計算出一氧化碳自動監測系統中拓展不確定度大約為2%。

5 結束語

環境質量的好壞關乎到地球上的每一個生物，每一個群種，一氧化碳標準氣體具有的純度不確定度最好是控制在百分之一，并且在規定的使用期限內進行合理的使用，避免產生不確定度。

在生活中做好一氧化碳自動監測系統中的不確定度的評定是有必要的，但注意事項是需要相關操作者引起重視，比如，監測儀器的選擇，使用儀器的正確步驟以及相關的影響因素的控制等。監測人員還應保證結合標準氣體的流量控制線，準確掌握質量流量計的位置，從而提高監測的準確性，進而采集到真實有效的數據，以便有關部門參考。

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