VDI 4219-2009 Determination of the uncertainty of emission measurements by use of discontinuous measurement methods.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREErmittlung der Unsicherheitvon Emissionsmessungen mit diskontinuierlichen MessverfahrenDetermination of the uncertaintyof emission measurements by use of discontinuous measurement methodsVDI 4219Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft

2、, Band 5: Analysen- und Messverfahren IIVDI-RICHTLINIENICS 13.040.40 August 2009Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren

3、 unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect

4、 to the English trans-lation.Frhere Ausgabe:10.05Entwurf,deutschFormeredition:10/05 Draft, inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2009Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN

5、Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmesstechnikInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Formelzeichen und Abkrzungen

6、 . . . . . . . 64 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Unsicherheitsquellen . . . . . . . . . . . . 84.3 Verfahrensverifizierung . . . . . . . . . . . 94.4 Gltigkeitsbereich. . . . . . . . . . . . . . 105 Ermittlung der Messunsicher

7、heit bei der Verfahrensverifizierung . . . . . . . . . . . . 115.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Direkter Ansatz mit Doppelbestimmungen . . . . . . . . . . . . 125.3 Indirekter Ansatz mit Analyse der Teilschritte des Messverfahrens. . . . . . . 156 Reprsentative Erfassung der M

8、essgre bei der Einzelmessung . . . . . . . . . . . . . 186.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.2 Normgerechte Messstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.3 Nicht normgerechte Messstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Dokumentation der Unsicherheitsermittlung bei der Verf

9、ahrensverifizierung . . . . . . . . 208 Angabe der Messunsicherheit von Einzelmessungen. . . . . . . . . . . . . . . . 20Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Ter

10、ms and definitions . . . . . . . . . . . . . 43 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 64 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Sources of uncertainty . . . . . . . . . . . 84.3 Method verification. . . . . . . . . . . . . 94.4

11、Range of validity . . . . . . . . . . . . . . 105 Determination of measurement uncertainty during method verification . . . . . . . . . . 115.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Direct approach based on paired measurements . . . . . . . . . . . . 125.3 Indirect approach with analys

12、is of the sub-steps of the measurement method . . . 156 Representative determination of the measurand in an individual measurement . . 186.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.2 Measurement sections complying with standards. . . . . . . . . . . . . . . . 186.3 Measurement sections not

13、 complying with standards. . . . . . . . . . . . . . . . 187 Report on uncertainty evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Expression of the uncertainty of individual measurements . . . . . . . . . . . 20B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte v

14、orbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI 4219SeiteAnhang A Statistische Gltigkeit . . . . . . . . . 22Anhang B Beispiel fr die Ermittlung der Messunsicherheit mit dem direkten Ansatz (Doppelbestimmungen) . . . . 23Anhang C Beispiel fr die Ermittlung der Messunsicherheit mit

15、dem direkten Ansatz (Doppelbestimmungen an mehreren Anlagen) . . . . . . . . . . 27Anhang D Beispiel fr die Ermittlung der Messunsicherheit mit dem indirekten Ansatz (Analyse der Teilschritte des Messverfahrens) . . . . . . . . . . . . 32Anhang E Beispiel fr die Ermittlung der Unsicherheit von SO2-M

16、essungen mit Sauerstoffbezug . . . . . . . . . . . . 51Anhang F Datentrger . . . . . . . . . . . . . . 57Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte,

17、 insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in

18、den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDas Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImschG) ist die Rechtsgrundlage fr gesetzlich geregelte Emissi-onsmessungen. Bei Anlagen mit geringen Emissions-masse

19、nstrmen sollen die Emissionen fr alle im Ge-nehmigungsbescheid festgelegten luftverunreinigen-den Stoffe mit erstmaligen und wiederkehrenden Messungen ermittelt werden. Genehmigungsbedrf-tige Anlagen mit hohen Emissionsmassenstrmen und besondere nicht genehmigungsbedrftige Anla-gen sind mit automati

20、schen Emissionsmesseinrich-tungen auszursten, die eine berwachung der fest-PageAnnex A Statistical validity . . . . . . . . . . . 22Annex B Example of uncertainty determination using the direct approach (paired measurements) . . . . . . . . . . . . . 23Annex C Example of uncertainty determination us

21、ing the direct approach (paired measurements at several facilities) . . . . . . . . . . . . 27Annex D Example of uncertainty determination using the indirect approach (analysis of the sub-steps of the measurement method). . . . . . . . . . . . . . . . . 32Annex E Example of uncertainty determination

22、 of SO2measurements under oxygen reference conditions . . . . . . 51Annex F Data carrier . . . . . . . . . . . . . . . 57Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendat

23、ions of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subj

24、ect to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe Federal Immission Control Act (Bundes-Immis-sionsschutzgesetz BImSchG) is the legal basis for mandatory emission mea

25、surements. For facilities with low emission mass flows, the emissions for all air pollutants stipulated in the licensing notice shall be determined by initial and recurrent measurements. Facilities subject to licensing that have high emission mass flows and certain installations not subject to li-ce

26、nsing shall be equipped with automated emission measuring systems that allow monitoring of the spec-ified emission limits. In both cases, the relevant ordi-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 421

27、9 3 gelegten Emissionsbegrenzungen erlauben. In beiden Fllen fordern die einschlgigen Verordnungen und Verwaltungsvorschriften zum BImSchG die Ermitt-lung der Unsicherheit der Messergebnisse (siehe bei-spielsweise 13. BlmSchV, 17. BlmSchV und TA Luft).Bei erstmaligen und wiederkehrenden Messungen na

28、ch TA Luft und bei der Kalibrierung von automati-schen Messeinrichtungen kommen Standardreferenz-messverfahren zum Einsatz, die in VDI-Richtlinien und DIN-Normen festgelegt sind, oder andere vali-dierte Messverfahren, wenn standardisierte Verfah-ren nicht zur Verfgung stehen. Bei der Validierung von

29、 Messverfahren im Rahmen der Standardisierung werden die relevanten Verfahrenskenngren ein-schlielich der Messunsicherheit ermittelt. Prflabo-ratorien sind nach DIN EN ISO/IEC 17 025 gehalten, diese Verfahrenskenngren vor der Anwendung des Verfahrens zu verifizieren. Wenn andere Messverfah-ren (Haus

30、verfahren) eingesetzt werden, sind diese vom Prflaboratorium zu dokumentieren und zu vali-dieren, und die Verfahrenskenngren sind in regel-migen Abstnden zu verifizieren.Bei der Kalibrierung von automatischen Messein-richtungen nach DIN EN 14 181 wird die Unsicher-heit der mit dem Standardreferenzme

31、ssverfahren er-mittelten Messwerte durch den in DIN EN 14 181 verwendeten Ansatz zur Ermittlung der Messunsi-cherheit direkt erfasst und bercksichtigt. Bei Einzel-messungen nach TA Luft besteht dagegen die Not-wendigkeit, die Unsicherheit der mit dem verwen-deten Standardreferenzmessverfahren ermitt

32、elten Messergebnisse getrennt zu ermitteln.Diese Unsicherheitsermittlung kann entweder mit ei-nem direkten oder einem indirekten Ansatz durchge-fhrt werden. Beim direkten Ansatz werden alle Ein-flussgren, die Streuungen des Messergebnisses verursachen, in einem einzigen Experiment berck-sichtigt. Be

33、im indirekten Ansatz werden die Streu-ungen fr die einzelnen Eingangsgren der Analy-senfunktion (Methodenmodellgleichung), die zur Be-rechnung eines Messergebnisses in der vorgesehenen Anwendung verwendet werden, getrennt ermittelt und mithilfe des Unsicherheitsfortpflanzungsgeset-zes zur Unsicherhe

34、it des Messergebnisses zusam-mengefasst.1 AnwendungsbereichDie Richtlinie VDI 4219 legt Verfahren zur Ermitt-lung der Unsicherheit von Emissionsmessungen mit diskontinuierlichen Messverfahren fest. Sie be-schreibt zwei gleichwertige Anstze zur Ermittlung der Messunsicherheit:nances and administrativ

35、e regulations to BImSchG require the determination of the uncertainty of the measurement results (see, for example, 13. BlmSchV, 17. BlmSchV and TA Luft). For initial and recurrent measurements according to the Technical Instructions on Air Quality Control (TA Luft) and for the calibration of automa

36、ted meas-uring systems, either standard reference methods that are specified in VDI guidelines and DIN standards, or, if such standardized methods are not available, other validated measurement methods are used. The validation of a measurement method as part of the standardization process provides t

37、he relevant per-formance characteristics, including the measurement uncertainty. According to DIN EN ISO/IEC 17025, testing laboratories are obliged to verify these per-formance characteristics before applying the method. If other measurement methods (in-house methods) are used, these shall be docum

38、ented and validated by the testing laboratory, and the performance character-istics shall be verified at regular intervals.When calibrating automated measuring systems ac-cording to DIN EN 14 181, the uncertainty of the re-sults, which are determined by the standard reference method, is directly pro

39、cessed by the uncertainty ap-proach of this standard. For individual measurements according to TA Luft, there is the need to separately determine the uncertainty of the results obtained with the standard reference method. The uncertainty determination can be realised either in an indirect or in a di

40、rect approach. In a direct ap-proach, all influence quantities that cause variations of the measurement result are investigated in a single experiment. In an indirect approach, the variations are evaluated separately for the individual input quantities of the analytical equation (method model equati

41、on), which are used to calculate a measurement result in the designated application, and then com-bined by using the law of propagation of uncertainty to yield the uncertainty of the measurement result. 1ScopeGuideline VDI 4219 specifies methods for determin-ing the uncertainty of emission measureme

42、nts by use of discontinuous measurement methods. The guide-line describes two equivalent approaches: B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 VDI 4219einen direkten Ansatz auf der Basis von Doppel-b

43、estimmungen mit dem vollstndigen Messver-fahreneinen indirekten Ansatz mit getrennter Betrach-tung aller zur Messunsicherheit beitragenden Teil-schritte (Eingangsgren) des vollstndigen MessverfahrensDie Richtlinie VDI 4219 setzt die allgemeinen Emp-fehlungen des Leitfadens zur Angabe der Unsicher-he

44、it beim Messen (DIN V ENV 13 005) sowie die spezifischen Anforderungen der DIN EN ISO 20 988 an die Ermittlung der Messunsicherheit fr Emissi-onsmessungen mit diskontinuierlichen Messverfah-ren um. Die nach dieser Richtlinie ermittelte Messunsicher-heit kann beispielsweise zur Beurteilung von Messer

45、-gebnissen fr Einzelmessungen nach TA Luft ver-wendet werden.Die in dieser Richtlinie beschriebene Vorgehens-weise zur Ermittlung der Messunsicherheit gilt fr die Anwendung von Standardreferenzmessverfahren oder anderen validierten Messverfahren in dem vom Anwender festzulegenden Gltigkeitsbereich.2

46、BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe:Ermittlungsmethode A (der Messunsicherheit)Methode zur Berechnung der Messunsicherheit durch statistische Analyse von Reihen von Beobach-tungen. DIN V ENV 13 005Anmerkung 1: Die Ermittlungsmethode A wird hufig auch Typ-A-Auswe

47、rtung genannt.Anmerkung 2: Die Typ-A-Auswertung der Varianz eines Mess-werts erfordert eine statistische Auswertung von Wiederhol- oder Vergleichsmessungen (siehe DIN EN ISO 20 988).Ermittlungsmethode B (der Messunsicherheit)Methode zur Berechnung der Messunsicherheit mit anderen Mitteln als der sta

48、tistischen Analyse von Reihen von Beobachtungen. DIN V ENV 13 005Anmerkung 1: Die Ermittlungsmethode B wird hufig auch Typ-B-Auswertung genannt.Anmerkung 2: Bei der Typ-B-Auswertung werden fehlende expe-rimentelle Daten aus Wiederhol- oder Vergleichsmessungen durch konservative Annahmen ersetzt. Dab

49、ei flieen sowohl die maxi-male Abweichung einer Gre von einem Bezugswert als auch der Typ der Hufigkeitsverteilung (Normal- oder Rechteckverteilung) dieser Abweichung in die Annahmen ein (siehe DIN EN ISO 20 988).Erweiterte MessunsicherheitKennwert, der einen Bereich um das Messergebnis kennzeichnet, von dem erwartet werden kann, dass er einen groen Anteil der Verteilung der Werte um-a direct approach based on paired measurements using the overall measurement method an ind