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摘要：随着科技的发展，气象站被越来越多的应用于除了自然环境外的各个方面，其中应用于汽车排放试验类检测当中的气象站，被称为排放试验用环境检测设备，该设备大气压力参量测量的准确性对机动车尾气排放合格性判定尤为重要，但针对该设备的大气压力参量校准较为困难，本文提出了一套可对该设备大气压力参数进行精准计量的校准装置及相应的校准方法，以此进行测试，并对测得结果进行不确定度评定，扩展不确定度的评定结果为： 。

关键词：气象站  汽车排放  大气压力

Abstract：With the development of science and technology，meteorological stations are increasingly used in all aspects of the natural environment，among which the meteorological station used in automobile emission test testing is called environmental testing equipment for emission testing.The accuracy of the atmospheric pressure parameter measurement of this equipment is particularly important for the qualification of motor vehicle exhaust emissions，but the calibration of the atmospheric pressure parameters of the equipment is more difficult. In this paper，a set of calibration devices and corresponding calibration methods that can accurately measure the atmospheric pressure parameters of the equipment are proposed to test and evaluate the uncertainty of the measured results，and the evaluation results of the extended uncertainty are： .

Keyword：meteorological station  vehicle emissions  atmospheric pressure

0引言

近年来，我国先进技术和科技水平越来越高，环境监测设备水平也不断提升，其中各类综合性气象站的发展尤为迅猛，目前依据用途气象站可分为手持式气象站、车载式气象站、无线遥测气象站、有线遥测气象站、便携式气象站[1]等。目前气象站也越来越多的应用于汽车排放试验类的检测当中，被称为排放试验用环境检测设备，该设备是对机动车检测环境参数进行测量的设备，环境参数通常包括环境温度、相对湿度和大气压力等[2]，汽车排放是一种重要的空气污染来源，依据国家排放标准对汽车进行排放试验，依此检验排放是否合格对环境保护具有重要意义[3]。汽车排放试验主要包括各类汽车整车及其发动机的排放试验。汽车排放试验装置主要由测功机、鼓风机、环境仓、气象站等部分组成，大量实验表明，环境仓的大气压力对试验有着显著影响[4]，通过排放试验用环境检测设备测得的以上参数可以为汽车整车及其部件测试监控提供方便，合适的汽车排放试验环境监测设备校准装置及方法可以更好地保证所测量值的准确与可靠，进而促进汽车排放行业的进步与发展。

目前一般大气测量装置其中压力感应装置为大气压力传感器及显示和传输装置等组成，通常具备通信功能，可按机动车检测程序要求向控制计算机实时传输数据[5]。目前在用的“汽车排放检测试验用气象站”主要是满足生态环境部、国家市场监督管理总局联合发布的GB18285-2018《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法和简易工况法）》[6]、GB3847-2018《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法和加载减速法）》[7]和GB/T27840-2011《重型商用车辆燃料消耗量测量方法》[8]等，法规对气压环境参数具有明确的要求，其量值准确性涉及机动车尾气排放气体中氮氧化物含量是否合格的判定，是保证机动车检测过程中报送数据一致性和检测结果可靠性的重要依据。

而气象站的校准，通常采用单只传感器独立进行现场校准，由于现场环境等客观因素制约，还达不到自动化和批量化校准。如果便携式气压校准装置放在实验室进行校准，可实现批量自动化校准，可以显著提高校准效率，减少检定人员的工作量，从而实现区域自动站的及时有效的校准，保证区域站观测数据的准确可靠。以气压传感器校准为例，气压自动化检定系统主要由气压标准设备与标准器组成，共同完成气压测量仪器的测试和检定。气压标准设备是提供大气压力测试条件的装置，有压力控制设备，温度系数测试设备和压力－温度测试设备等，用于产生可变、稳定的压力测试条件或被试仪器的试验环境条件。

1常用大气压力测量装置及其校准方法

气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。在气象学中，将单位面积上大气柱在单位面积上所施加的压力，称为大气压力（atmosphericpressure.barometri cpressure）[9]，在现代气象研究中，天气预报的准确度直接影响着对国民经济生活和国防建设，因此要进行正确的天气分析和预报，就必须有正确的气压资料，所以，大气压力监测仪已被广泛应用在气象监测中[10]。在现代气象研究中，天气预报的准确度直接影响着对国民经济生活和国防建设，因此要进行正确的天气分析和预报，就必须有正确的气压资料，所以，大气压力监测仪已被广泛应用在气象监测中。目前大气压力的监测已经在气象观测行业发展较为成熟。其主要测量设备称为大气压力监测仪、大气压力传感器或变送器。

目前，常用的大气仪器有很多，按工作原理可分为以下几类：1）液体气压表，它是依据流体静力学原理，利用液体柱重量与压力平衡的方法测定大气压力，如各种水银气压表。2）弹性元件测气压仪器，利用弹性元件与压力平衡的原理测定大气压力，如各种膜盒测量气压仪器。3）气体气压表，是气体本嵬的张力作用于气压相平衡为依据而制成的气压表。4）沸点气压表，利用液体的沸点随外界大气压力的变化而变化的原理制成的气压表。5）固体元件气压表，依据元件的压电、压阻等电效测量大气压力。

常用的测压传感器主要有利用液体压平衡原理的水银气压表，利用弹性力平衡的空盒气压表（计）、电容式空盒气压传感器、差动变压式空盒气压传感器、振弦式空盒气压传感器、硅压阻气压传感器，应用谐振方法的振筒式压力传感器、石英谐振和硅谐振式压力传感器等。

目前针对气压有《空盒气压表和空盒气压计》和《数字式气压计》等校准规范，采用的方法均为比较法，即使用更高精度的大气压力测量装置通过压力泵将标准压力测量装置和被检压力传感器连通来进行比较得到压力示值误差。基于以上方法，汽车排放试验环境监测设备的压力参数校准也应采取比较法，采用适配的转接头将标准设备与汽车排放试验环境监测设备的压力管道连接，通过压力泵提供不同的压力环境，进而得到汽车排放试验环境监测设备的压力校准结果。

2.汽车排放试验环境监测设备大气压力校准装置选取

压力校准标准装置的主要原理是在一个密闭的容器内充满变压器油（（6MPa以下）或蓖麻油。转动手轮使活塞向前推进，对油产生一个压力，这个压力在密闭的系统内向各个方向传递，所以进入标准仪表、被校仪表和标准器的压力都是相等的。因此利用比较的方法便可得出被校仪表的绝对误差。压力校准标准装置的精确度主要取决于精密压力表的精度，有0.4，0.25级，0.1级，0.05级等。高精确度的需要采用精密数字压力表，精度有0.05、0.02级，可用来校验标准弹簧管压力计、变送器等。

压力测量仪表的选择和使用通常需要考虑以下因素：

1.类型及应用环境

1）被测介质的物理、化学性质，如温度高低、粘度大小、脏污程度、腐蚀性，是否易燃易爆、易结品等。

2）生产过程对压力测量的要求，如被测压力范围、精确度以及是否需要远传、记录或上下限报警等。

3）现场环境条件，如高温、腐蚀、潮温、振动、电磁场等。

2.测量范围（量程）和精度

般在被测压力比较平稳的情况下，最大工作压力应不超过仪表满量程的3/4：在被测压力波动较大的情况下，最大压力值不超过仪表满量程的2/3，一般示值应控制在量程的1/2左右；压力最小值应不低于全量程的1/3。

对相应的被校设备也有其对应的标准设备要求，大气压力从65kPa逐步加载到120kPa，然后回到常规大气压力；试验舱恒温到23℃；湿度发生器开始工作，设定温度为23℃，相对湿度为50%。以上预热完成后，试验舱和湿度饱和器的参数达到设定数值。针对以上校准环境与被校设备技术要求，采用的校准装置的组成设备如表1所示：

如上表所示大气压力校准装置中的数字式温湿度计用于校准过程中的环境监控其温度测量范围和分辨力均已满足监控要求，数字大气压力计为主要标准器，压力泵为标准和被测压力表提供稳定压力源。

3.汽车排放试验环境监测设备示值误差及重复性校准过程

利用以上校准装置对汽车排放试验环境监测设备进行校准，以下为示值误差和重复性校准过程，大气压力校准时，将试验舱温度设定到23℃，一般选取3个校准点，一般包括当地常用大气压点、当地大气压力低限附近（负压点）、当地大气压力高限附近（正压点）。

校准点为当地常规大气压力的校准，校准装置与被测设备压力达到平衡后，分别记录校准装置和被校气象单元压力示值。

校准点为当地大气压力低限附近（负压点）的校准，打开压力泵的负压发生装置，待校准装置试验舱压力达到设定压力并达到平衡后，分别记录校准装置和被校气象单元压力示值。

校准点为当地大气压力高限附近（正压点）的校准，打开校准装置的正压发生装置，待校准装置试验舱压力达到设定压力并平衡后，分别记录校准装置和被校气象单元压力示值。以上个校准点读取3次测量值，并根据公式（1）计算大气压示值误差。

被校设备大气压力示值的不确定度主要来源于气象站大气压力测量结果重复性及数显仪器的分辨力。由于测量重复性引入的标准不确定度与数显仪器的分辨力引入的标准不确定度属于同一种效应导致的不确定度，因此取二者的较大者。

4.1由测量重复性引入的不确定度

测量结果重复性可以通过连续重复测量得到的测量列，采用A类评定方法进行。在校准装置的大气压力控制单元及被校气象站正常工作条件下，取100kPa为校准点等精度重复测量10次，数据如下：

5总结

综上所述，气象站的发展已涉及到汽车排放试验环境监测方面，根据目前汽车排放检测相关规范，明确了汽车排放试验环境监测设备大气压力参数的对汽车检测的重要影响，本文根据其他类别设备的压力测试方案，提出了一套适合汽车排放试验环境监测设备大气压力参数的校准装置，并总结了合理的校准方法，并以此展开测试，分别对被测设备进行了示值误差和重复性的校准测试，对测得的数据进行了不确定度评定，得到测量结果的扩展不确定度为： 。

参考文献：

[1]王柏林，花卫东，阳艳红.便携式自动气象站结构与功能设计[J].气象与环境科学，2013，36（04）：79-83.

[5]卜晓波，杜宇明，成丽君.便携式农业气象站在夜间农业气象观测中的应用[J].电子技术与软件工程，2019，No.166（20）：64-65.

[2]李宇翔，赵旭，曹梦秋等.汽车排放检验与维护策略优化建议研究[J].时代汽车，2023，No.402（06）：160-162.

[3]王泽民.汽车尾气排放检测技术与治理措施分析[J].时代汽车，2023，No.407（11）：7-9.

[4]郑显锋，邓鹏波，张岩.工业生产中压力测量系统测量结果不确定度研究[J].自动化与仪表，2022，37（11）.

[6]周鹏.《汽油车污染物排放限值及测量方法》中过量空气系数限值的探讨[J].计量与测试技术，2021，48（07）：56-58.

[7]曹煜晟，沈涛，史勖.机动车排放研究——以柴油车污染物排放限值及测量方法新旧标准解析为例[J].质量与标准化，2020，No.340（08）：49-52.

[8]GB/T 27840-2021，重型商用车辆燃料消耗量测量方法[S].

[9]王月红，杨华，王洪岩等.大气压力变化对工作面瓦斯涌出的影响研究[J].安全，2023，44（04）：63-67.

[10]陈希湘，朱嵘涛，高璐等.一种高精度大气压力和温度无线监测系统[J].现代电子技术，2019，42（22）：35-38+43.