大氣采樣器檢定結(jié)果的測(cè)量不確定度的評(píng)定

朱社均

（江門(mén)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站廣東江門(mén)529000）

大氣采樣器檢定結(jié)果的測(cè)量不確定度的評(píng)定

朱社均

（江門(mén)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站廣東江門(mén)529000）

大氣采樣器檢定結(jié)果的測(cè)量具有一定的不確定性，這種不確定性來(lái)自于多方面原因，受到多方面因素的影響。本文根據(jù)國(guó)家所制定頒布的計(jì)量技術(shù)規(guī)范的規(guī)定與要求，全面、深入地分析了大氣采樣器計(jì)量檢定結(jié)果測(cè)量的不確定度，其中細(xì)致全面地分析了影響不確定度的因素。

大氣采樣器；檢定結(jié)果；測(cè)量不確定度；評(píng)定

大氣采樣器作為一種大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備，通常用來(lái)采集與檢測(cè)大氣中、建筑室內(nèi)的空氣，檢測(cè)空氣中是否含有危害人體健康的有害物質(zhì)，經(jīng)過(guò)科學(xué)的分析與鑒定，最終得出檢測(cè)結(jié)果，為大氣的合理整治提供依據(jù)。大氣采樣器檢定結(jié)果會(huì)受到各方因素的影響，會(huì)出現(xiàn)不確定性。因此，為了提高檢定結(jié)果測(cè)量的準(zhǔn)確性，有必要對(duì)檢定結(jié)果加以評(píng)定。

1 大氣采樣器的測(cè)量流程

把電子皂膜流量計(jì)的出口同被檢儀器的入口鏈接起來(lái)，對(duì)大氣采樣器進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，使其采樣流量至要求的檢測(cè)點(diǎn)，讓被檢測(cè)儀器處于平穩(wěn)、安全狀態(tài)，電子皂膜流量計(jì)中會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)流量示值，為實(shí)際流量Q(毫升/分)，并對(duì)應(yīng)會(huì)將實(shí)驗(yàn)所處環(huán)境中的氣壓、溫度等記錄下來(lái)，再利用相關(guān)的公式，也就是：克拉伯龍方程把實(shí)際流量的Q值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模式下的值，再利用誤差計(jì)量公式，就能夠得出被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的示值誤差。

2 數(shù)學(xué)模型

大氣采樣器的檢定需要一個(gè)數(shù)學(xué)模型的支持，也需要一個(gè)科學(xué)規(guī)程的支持。本次檢定測(cè)量依照J(rèn)JG956-2000號(hào)文件的規(guī)定進(jìn)行。

具體的測(cè)量方法則為：通過(guò)容量對(duì)比的模式，讓氣體作為介質(zhì)，輔助檢測(cè)，把電子皂膜流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，讓氣體接連地穿過(guò)電子皂膜流量計(jì)，以及被檢測(cè)流量計(jì)大氣采樣器，對(duì)比雙方的瞬間流量大小，其中要重點(diǎn)分析溫度、壓力等對(duì)流量的干擾作用，對(duì)應(yīng)運(yùn)算得到大氣采樣器示值誤差，再進(jìn)一步得到所被檢測(cè)的流量計(jì)的總不確定性。

2.1 大氣采樣器流量示值誤差公式

δq=Q-Qs/Qs×100%

δq：被檢測(cè)部分的示值誤差

Q：被檢測(cè)部分的流量值

Qs-：某一被檢測(cè)部位的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量算術(shù)平均值選擇相對(duì)不確定來(lái)計(jì)算，對(duì)應(yīng)的公式

U1：所檢測(cè)采樣器引入的相對(duì)不確定度

U2：所檢測(cè)采樣器與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接管路引入誤差所造成的不確定度

U3：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的皂膜流量計(jì)所引發(fā)的不確定度

2.2 某個(gè)檢測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量

Q1：檢測(cè)點(diǎn)的流量

Ts：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱力學(xué)溫度

P：檢測(cè)設(shè)備所處環(huán)境的大氣壓，單位：KPa

Pv：相對(duì)于檢定溫度的水飽和蒸汽壓

Ps：標(biāo)準(zhǔn)模式下的大氣壓強(qiáng)

其中U33代表氣壓計(jì)所導(dǎo)致的相對(duì)不確定性，U34代表溫度計(jì)所導(dǎo)致的相對(duì)不確定性。

2.3 不同輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析

參照國(guó)家大氣采樣器相關(guān)的指令文件，圍繞大氣采樣器展開(kāi)全方位的檢定，要明確檢定結(jié)果不確定度的主要影響因素，具體應(yīng)包含：實(shí)際流量測(cè)量所導(dǎo)致的不確定度，溫度測(cè)量失誤導(dǎo)致的不確定度，大氣壓強(qiáng)測(cè)量等。事實(shí)上，實(shí)際的工作過(guò)程中，測(cè)量不確定度一般都是因?yàn)橄旅娴囊蛩厮鶎?dǎo)致：(1)反復(fù)測(cè)量、周期性測(cè)量，(2)檢定設(shè)備分辨率較差；(3)檢定設(shè)備最小分辨率所導(dǎo)致的不確定性；第四，溫度計(jì)示值誤差以及氣壓計(jì)自身的誤差等。

3 分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.1 被檢采樣器引入的相對(duì)不確定性

被檢儀表最小分辨率估讀引入的不確定度分量U1,最小分辨率估讀與調(diào)節(jié)設(shè)定值對(duì)應(yīng)引發(fā)的不確定度等，都會(huì)集中反映在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備測(cè)量重復(fù)性所導(dǎo)致的不確定度內(nèi)，能夠共同并行評(píng)定在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備測(cè)量重復(fù)性所導(dǎo)致的不確定度中，最終得出不確定度分量為零，對(duì)應(yīng)的自由度則為∞。

3.2 所檢測(cè)采樣器與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接管路引入誤差所造成的不確定度

被檢測(cè)采樣器與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備鏈接時(shí)，二者之間的管路選擇橡膠管，接頭的位置不會(huì)出現(xiàn)漏氣、泄氣等問(wèn)題，所以，氣密性不成問(wèn)題，不會(huì)影響采樣器檢定結(jié)果，可以不予考慮，此處，U2=0,其自由度是∞。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的皂膜流量計(jì)所引發(fā)的不確定度

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備皂膜流量計(jì)的因素

從上級(jí)相關(guān)部門(mén)所提供的測(cè)試證書(shū)來(lái)看，提供的示值誤差大小在：-1%~+1%，設(shè)定：K為2，那么U31=U/K=0.5%,自由度：∞

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備反復(fù)測(cè)量的原因

選擇大氣采樣器的型號(hào)，特定的編號(hào)以及檢定型號(hào)。流量計(jì)0.5升/分，反復(fù)測(cè)量10次，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的示值則可參看下表。

S=1.5毫升/分，被檢測(cè)部分的示值誤差δ為0.30%，由于根據(jù)檢定規(guī)程中的規(guī)定，接連反復(fù)地測(cè)量三次，最終得出的平均值，可以成為測(cè)量結(jié)果。

3.3.3 氣壓計(jì)所導(dǎo)致的不確定

因?yàn)樾?zhǔn)證書(shū)對(duì)應(yīng)所供給的不確定性，U=0.086%，K=2，呈現(xiàn)正太分布，U33=0.086%/2=0.043%,自由度：∞

3.3.4 溫度計(jì)自身的原因

校準(zhǔn)證書(shū)對(duì)應(yīng)給予的測(cè)量不確定度U,為0.2℃，k=2,呈現(xiàn)正態(tài)分布，按照溫度計(jì)的量程100°計(jì)算，那么自由度為：∞。

4 評(píng)價(jià)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)上表圖表進(jìn)行計(jì)算、運(yùn)算能夠分別得出：合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與有效自由度。前者對(duì)應(yīng)的有效自由度為：Veff=29

要對(duì)不確定度的評(píng)價(jià)進(jìn)行拓展、深入分析，得出：U95=t95x Uc=2.0 x 0.54%=1.1%

5 評(píng)定結(jié)果分析

從以上分析可以看出，經(jīng)過(guò)計(jì)算能夠得出，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展后所計(jì)算出的不確定度U95為1.1%，小于1/3x5%.所以，示值誤差在5%以下時(shí)，一般的大氣采樣器（恒溫、恒流），可以選擇特定型號(hào)的采樣儀校準(zhǔn)設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)一些特殊的氣體，例如：便攜式氣體、污染性粉塵等進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到檢定任務(wù)與目標(biāo)，最終檢定結(jié)果擴(kuò)展不確定度U=1.1%。

經(jīng)過(guò)多重的計(jì)算、分析能夠得出，大氣采樣器檢定結(jié)果的測(cè)量不確定性通常是檢測(cè)設(shè)備自身造成的，檢定設(shè)備示值誤差會(huì)造成很大的檢定不確定性，這一因素為主要的檢定因素，除此之外的因素的影響程度則相對(duì)有限。

6 結(jié)語(yǔ)

大氣采樣器作為一種大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備，通常用來(lái)采集與檢測(cè)大氣中、建筑室內(nèi)的空氣，檢測(cè)空氣中是否含有危害人體健康的有害物質(zhì)，經(jīng)過(guò)科學(xué)的分析與鑒定，最終得出檢測(cè)結(jié)果，為大氣的合理整治提供依據(jù)。大氣采樣器檢定結(jié)果會(huì)受到各方因素的影響，會(huì)出現(xiàn)不確定性。因此，為了提高檢定結(jié)果測(cè)量的準(zhǔn)確性，有必要對(duì)檢定結(jié)果加以評(píng)定。

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