張濤

蘭州城市學院，甘肅蘭州，730070

0 引言

能源是實現(xiàn)國家現(xiàn)代化的基礎和動力，新世紀以來，我國能源發(fā)展成就顯著，供應能力穩(wěn)步增長，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，節(jié)能減排取得成效，科技進步邁出新步伐，國際合作取得新突破，建成世界最大的能源供應體系，有效保障了經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展。柴油尾氣凈化液俗稱尿素水溶液，能減少柴油車發(fā)動機尾氣氮氧化物的排放。為適應“碳達峰、碳中和”目標背景下的生態(tài)環(huán)境保護，大氣污染排放控制力度將進一步加大。目前加油站加裝了越來越多的柴油尾氣凈化液加注機，為了保證消費者的合法權益，對柴油尾氣凈化液加注機的計量監(jiān)管刻不容緩。

1 柴油尾氣凈化液加注機概述

1.1 結(jié)構(gòu)

自帶泵加注機的工作原理如圖1所示，由電動機驅(qū)動加液泵，在泵壓作用下將液罐中的尿素溶液經(jīng)管道、過濾器、流量測量變換器、輸液管、加注機輸至受液容器[1]。

1.2 用途

主要用于為柴油車輛添加尿素溶液，計量尿素溶液的體積累積量。尿素溶液主要用于柴油機尾氣處理系統(tǒng)中，用來減少柴油車輛尾氣中的氮氧化物的排入，改善空氣質(zhì)量，提升生態(tài)治理力度。

1.3 工作原理

加注機在計控主板控制下，通過泵加壓使儲罐中的尿素溶液沿管路流經(jīng)過濾器、流量測量變送器、電磁閥、加注膠管和加注槍注入柴油車的尿素箱中，并在指示裝置上顯示加注量、單價和相應金額等。

2 測量系統(tǒng)的組成和要求

2.1 測量系統(tǒng)的組成

加注機主要由流量測量變換器、編碼器、電磁閥、加注槍及膠管、計控主板（電腦控制系統(tǒng)）、輸入及指示裝置、連接管路、殼體等構(gòu)成。

2.2 測量系統(tǒng)的要求

2.2.1 計量特性

（1）測量范圍：0～45（L/min）

（2）示值誤差和重復性誤差為加注機的主要計量特性。最大允許誤差為±0.30%，重復性不超過0.15%。

2.2.2 測量的環(huán)境

（1）環(huán)境溫度：-40℃～+55℃，依據(jù)尿素溶液加注機校準規(guī)范（JJF（京）54-2018），校驗過程中環(huán)境溫度的變化應不超過5℃，環(huán)境溫度應在加注機和量器附近測量[2]。儲罐和管線未做保溫處理的溫度為-30℃～+55℃；

（2）環(huán)境濕度：相對濕度≤95%RH。

（3）大氣壓力：73kPa~106kPa。

2.2.3 選用的標準器

（1）標準量器：標準量器的測量范圍0～50L，最大允許誤差為±0.025%[3-4]。

（2）溫度計：溫度計的最小分度值為0.1℃。

（3）秒表：分度值不大于0.1s。

校準所使用的標準器及其他輔助計量器具應具有有效的檢定/校準證書。

2.3 試驗介質(zhì)

（1）試驗介質(zhì)應采用尿素溶液，不應采用水、汽油和柴油等介質(zhì)。

（2）尿素溶液溫度范圍為-10℃～+35℃。

3 影響柴油尾氣凈化液加注機測量不確定度的因素

3.1 標準器引入的測量不確定度

校準使用的標準器應采用二等標準量器，最大允許誤差為±0.025%[5]。由于標準器存在復現(xiàn)性、穩(wěn)定性以及材料受溫度等影響，會對加油機校驗測量精度產(chǎn)生影響[6-7]。

3.2 測量重復性

根據(jù)測試要求對柴油尾氣凈化液加注機進行3次循環(huán)測量，每次測量次數(shù)不少于10次，由于測量環(huán)境、測量人員的變化會帶來重復性誤差。該誤差往往是誤差的主要來源，必須引起足夠的重視。

3.3 溫度計和電測設備的影響

測量過程中，溫度計和電測設備的讀數(shù)誤差也會給測量結(jié)果帶來不同程度的影響。在不確定的分析中是必須考慮的因素之一。

3.4 溫度波動的影響

測量溫度偏離校準標準溫度對尿素溶液和標準金屬量器材質(zhì)的膨脹系數(shù)有影響，從而改變體積量，產(chǎn)生測量誤差。

4 實例分析

4.1 測量誤差的數(shù)學模型和靈敏系數(shù)

柴油尾氣凈化液加注機測量誤差的數(shù)學模型為：

式中：VB(t)—標準金屬量器在tJ℃下給出的實際體積值，L。

VB—標準金屬量器在20℃下給出標準容積，L。

βy，βB—分別為檢定介質(zhì)和標準量器材質(zhì)的體膨脹系數(shù)，℃-1。

tJ，tB—分別為加注機內(nèi)輸出的介質(zhì)溫度和標準量器內(nèi)的液體溫度，℃。

VJ—加注機在tJ℃下指示的體積值，L。

由于各輸入分量互不相關，則有：

其中靈敏系數(shù)ci有：

設測量介質(zhì)為尿素溶液（βy=4.63×10-4℃-1），標準金屬量器材質(zhì)為不銹鋼（βB=50×10-6℃-1），tJ=20.0℃，tB=21.0℃，計算得到各分量的靈敏系數(shù)見表1。

4.2 輸入量的標準不確定度評定

4.2.1 輸入量VJ的標準不確定度

輸入量VJ的標準不確定度來源主要是加油機的測量重復性。啟動加注機，使加注機示值為零，向量器內(nèi)注入尿素溶液，當試驗介質(zhì)注滿量器時，關閉加注槍。同時用溫度計測量加注槍出口度試驗介質(zhì)的溫度。當試驗介質(zhì)液面穩(wěn)定后，按要求讀取量器的示值，并測量量器內(nèi)試驗介質(zhì)的溫度。重復性條件下，進行三次誤差校準。測量重復性誤差采用A類評定[8-10]。同一臺加油機，流量選擇在100%處，示值波動最大，所以把該點作為測量點進行標準不確定度評定。加油量設定在45L，用50L金屬量器連續(xù)測量10次得到一組測量列，如表2所示。

單次實驗標準差：

由于連續(xù)測量10次，取其平均值作為該點的示值誤差，測量重復性誤差不確定度為：

4.2.2 標準量器引入的標準不確定度u(VB)

標準量器在50L的最大誤差不超過±1.25×10-2L。按規(guī)定不確定度采用B類方法評定，按均勻分布估計[11-13]，則：

4.2.3 尿素溶液的體膨脹系數(shù)標準不確定度u(βy)

尿素溶液體膨脹系數(shù)βy=4.63×10-4℃-1，界限±4×10-5℃-1，按規(guī)定不確定度采用B類方法評定，按均勻分布估計，則：

4.2.4 標準器的體膨脹系數(shù)標準不確定度u(βB)

標準器的體膨脹系數(shù)，其不確定度來源于標準金屬量器所用材料不銹鋼的材質(zhì)變化，測定后的βB=50×10-6℃-1，界限±5×10-6℃-1，不確定度采用B類方法評定，按均勻分布，則：

4.2.5 加油機內(nèi)流量計輸出的油溫的標準不確定度u(tJ)

其不確定度主要來源于溫度測量儀表的分度誤差，油溫測量所用的溫度計的不確定度U=0.1℃，k=2，則：

4.2.6 標準量器內(nèi)的尿素溶液的標準不確定度u(tB)

其不確定度主要來源于溫度測量儀表的分度誤差，尿素溶液溫度測量所用的溫度計的不確定度U=0.2℃，k=2，則：

表1 各分量的靈敏系數(shù)

表2 重復性測量數(shù)據(jù)一覽表

4.3 合成標準不確定度

為計算標準不確定度，各分量的標準不確定度見表3。

表3 標準不確定度分量匯總表

4.4 擴展不確定度

由于合成不確定度接近正態(tài)分布，按置信概率95%估計[14-15]，取k值為2。

從而柴油尾氣凈化液加注機體積示值相對誤差的相對擴展不確定度為：

5 結(jié)語

校驗用標準器，包括整個校驗備在校驗過程中引入的擴展不確定度U95不超過被校柴油尾氣凈化液加注機最大允許誤差絕對值的1/4。由于尿素溶液加注機的測量范圍是0～45（L），最大允許誤差為±0.30%，所以其最大允許誤差絕對值的1/4為0.034L。本例中的U95為0.02L，因此標準器的選擇符合校驗要求。從各因素不確定度的數(shù)值來看，影響測量不確定度的主要因素是測量重復性和標準器引入的測量不確定度，所以為了減少誤差，標準器的精度等級要嚴格按照要求配備，操作時要按照規(guī)范要求嚴格進行。同時為了保證測量精度，復校周期建議不超過1年，使用單位也可根據(jù)實際工況合理確定復核時間間隔。