降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差的分析與探討

摘 要：煙葉質(zhì)量控制已成為目前復(fù)烤企業(yè)關(guān)注的重中之重，復(fù)烤企業(yè)必須充分發(fā)揮質(zhì)檢對(duì)生產(chǎn)的反饋及服務(wù)作用，才能形成健康良性發(fā)展。目前在對(duì)煙葉含水率進(jìn)行檢測的質(zhì)檢設(shè)備中，實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀具有檢測耗時(shí)短的顯著優(yōu)點(diǎn)，但由于其檢測準(zhǔn)確性不高，無法有效發(fā)揮其及時(shí)反饋生產(chǎn)的質(zhì)量預(yù)警作用。本文將從降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差的目的意義、影響因素、存在問題、措施與建議幾個(gè)方面進(jìn)行分析與探討。

關(guān)鍵詞：煙葉質(zhì)量；含水率；檢測誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.206

煙葉質(zhì)量是復(fù)烤企業(yè)生存和發(fā)展的重中之重，復(fù)烤企業(yè)必須將質(zhì)量意識(shí)扎根在生產(chǎn)每一環(huán)，充分發(fā)揮質(zhì)檢對(duì)生產(chǎn)的反饋及服務(wù)作用，才能走上健康持續(xù)的發(fā)展之路。在眾多質(zhì)量指標(biāo)中，含水率無疑與煙葉經(jīng)濟(jì)價(jià)值最密切相關(guān)，是在線質(zhì)檢重點(diǎn)監(jiān)測的對(duì)象。相比其他水分檢測設(shè)備，水分檢測耗時(shí)短是實(shí)驗(yàn)室紅外水分檢測儀的顯著優(yōu)勢，若能充分利用此優(yōu)勢，可以將水分?jǐn)?shù)據(jù)更迅速的反饋至生產(chǎn)線，起到良好的質(zhì)量預(yù)警作用。但是由于實(shí)驗(yàn)室紅外水分檢測儀相比其他兩種設(shè)備檢測準(zhǔn)確性較低，目前我公司并沒有將它全面投入在線生產(chǎn)檢測使用，而基本放棄了其可以發(fā)揮的質(zhì)量預(yù)警功能。因此，通過分析研究降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差，使此種設(shè)備能夠更好的應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中，充分發(fā)揮質(zhì)檢對(duì)生產(chǎn)的反饋與服務(wù)作用，至關(guān)重要。

1 名詞解釋

1.1 實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀

本文所述的實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀是指NDC Infralab 710e實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀，與在線紅外水分儀相區(qū)別，僅對(duì)煙葉粉末樣品進(jìn)行檢測。

1.2 誤差

實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測值與真實(shí)值之間的差異稱為誤差。由于FREAS烘箱檢測結(jié)果很準(zhǔn)確，本文以FREAS烘箱檢測值作為真實(shí)值。

：實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測值。

：FREAS烘箱檢測值。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)誤差

標(biāo)準(zhǔn)誤差是一組誤差（、、……）的平方和的平均值的平方根，它是用以度量平均誤差的一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)概念。

標(biāo)準(zhǔn)誤差之所以在統(tǒng)計(jì)學(xué)上廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗行У谋苊饬苏`差求平均時(shí)的正負(fù)相抵情況，更好的反映誤差的真實(shí)情況。

1.4 偏移誤差

本文所述的偏移誤差是一組誤差（、、……）的算術(shù)平均值，它反映的是誤差的整體正負(fù)情況。

：樣本個(gè)數(shù)。

1.5 波動(dòng)誤差

本文所述的波動(dòng)誤差是指一組誤差（、、……）的標(biāo)準(zhǔn)差，它度量的是誤差繞其均值的波動(dòng)幅度。

2 降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差的目的

2.1 縮短水分信息反饋時(shí)間

目前煙葉在線質(zhì)檢使用較普遍的主要為FREAS烘箱（俗稱慢速烘箱）、Brabender水分測定儀（俗稱快速烘箱）、Infralab實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀（NDC）三種水分檢測設(shè)備。其中FREAS烘箱檢測準(zhǔn)確性最高，但檢測耗時(shí)最長需120min； Brabender水分測定儀檢測準(zhǔn)確性較高，檢測耗時(shí)較長需20min；實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測耗時(shí)最短僅需15s，但檢測準(zhǔn)確性不高，檢測結(jié)果不被信賴。若能有效降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差并將其廣泛應(yīng)用于在線生產(chǎn)檢測，其檢測耗時(shí)短的優(yōu)勢將被發(fā)揮，有利于縮短水分信息反饋時(shí)長。

2.2 降低煙葉生產(chǎn)損耗

降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差可以最大程度發(fā)揮其質(zhì)量預(yù)警用，將水分信息及時(shí)反饋至生產(chǎn)線，有助于生產(chǎn)操作工對(duì)復(fù)烤設(shè)備進(jìn)行有效調(diào)控，實(shí)時(shí)控制煙葉復(fù)烤質(zhì)量，降低煙葉水分不合格率。而一旦不合格煙葉返箱率降低，煙葉返箱過程中引起的煙葉造碎損耗將得到較好的控制。

2.3 節(jié)約人工成本

由于實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測耗時(shí)短，操作較為簡單方便，若能有效降低其檢測誤差，最大程度的發(fā)揮其效用，對(duì)一些復(fù)雜的質(zhì)檢環(huán)節(jié)進(jìn)行合理替代，將能降低單個(gè)質(zhì)檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而減少質(zhì)檢所需人員，有效節(jié)約人工成本。

3 影響實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差的主要因素

3.1 誤差分解分析

為了便于統(tǒng)計(jì)分析，降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差所討論的誤差應(yīng)是平均意義上的誤差，這里引入統(tǒng)計(jì)學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)誤差（RMSE）概念。出于更好的分析誤差的影響因素的目的，將標(biāo)準(zhǔn)誤差分解成代表誤差整體大小情況的偏移誤差和代表誤差繞均值波動(dòng)幅度的波動(dòng)誤差。

由上面的計(jì)算可知，標(biāo)準(zhǔn)誤差可以分解成偏移誤差和波動(dòng)誤差兩部分，標(biāo)準(zhǔn)誤差的平方等于偏移誤差和波動(dòng)誤差的平方和。在探討降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀標(biāo)準(zhǔn)誤差時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)偏移誤差和波動(dòng)誤差兩部分，考慮影響誤差的主要因素。

3.2 誤差的影響因素分析

3.2.1 樣品因素

實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀運(yùn)用紅外光譜吸收原理進(jìn)行水分檢測，水分測量值受樣品的表面狀態(tài)、顏色、結(jié)構(gòu)影響。在線生產(chǎn)檢測中的煙葉樣品來源十分復(fù)雜，不同產(chǎn)地、不同部位、不同等級(jí)、不同配方的煙葉樣品的表面狀態(tài)、顏色、結(jié)構(gòu)完全不同，這會(huì)造成檢測結(jié)果的不一致性，同一檢測參數(shù)設(shè)置下不同類別的煙葉檢測平均誤差會(huì)有較大差異。

3.2.2 操作因素

檢測過程中的一些人為操作因素會(huì)通過影響樣品水分、樣品狀態(tài)、設(shè)備測定等方面影響檢測結(jié)果，從而最終影響檢測誤差。如檢測過程中樣品蓋未擰緊或者樣品存放時(shí)間過長導(dǎo)致水分的自然散失，會(huì)增大檢測偏移誤差；連續(xù)粉磨和檢測下一個(gè)樣品前未清掃樣品會(huì)造成樣品摻雜從而增大檢測波動(dòng)誤差；實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測結(jié)果會(huì)受到樣品盤內(nèi)樣品盛放量的影響，樣品盛放量越多檢測結(jié)果數(shù)值越大，如果檢測操作中樣品盛放量不符合要求或未平鋪，依情況會(huì)對(duì)檢測偏移誤差或波動(dòng)誤差造成影響。

3.2.3 設(shè)備因素

實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀需要定時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)自校才能維持準(zhǔn)確的的檢測結(jié)果，若未進(jìn)行定期自校，則可能引起儀器測量漂移，影響檢測偏移誤差。另外，系統(tǒng)故障、檢測窗口未清潔、檢測燈泡老化等設(shè)備因素也會(huì)影響檢測波動(dòng)誤差。

3.2.4 環(huán)境因素

實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀對(duì)工作環(huán)境中電壓、溫度、光照都有相應(yīng)要求，若不符合要求，檢測結(jié)果將會(huì)受到影響。另外，由于實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀工作原理為光譜吸收原理，若空氣環(huán)境中粉塵較多，也會(huì)影響檢測誤差。

4 實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測中存在的主要問題

4.1 標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程欠缺

樣品盛放量不當(dāng)、未定期進(jìn)行儀器自校準(zhǔn)、清潔檢測窗口、檢測操作不當(dāng)?shù)扔绊憴z測誤差的因素，都是因?yàn)槿狈ν陚涞膶?shí)驗(yàn)室紅外水分儀操作規(guī)程引起的。設(shè)備操作說明書通常內(nèi)容繁多，不便于普通操作人員進(jìn)行執(zhí)行和考核，因此不能用設(shè)備操作說明書替代標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程。

4.2 人員培訓(xùn)與考核欠缺

在具備標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程的情況下，人員對(duì)規(guī)程理解不清晰或?qū)σ?guī)程執(zhí)行不到位，都無法最大程度的規(guī)避影響檢測誤差的操作因素和設(shè)備因素，從而增大實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測誤差。究其根本，人員的培訓(xùn)與考核欠缺是造成上述情況的真正原因。

4.3 通道修正值設(shè)置不當(dāng)

根據(jù)Infralab 710e 實(shí)驗(yàn)室用紅外水分儀使用手冊(cè)中的說明，實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀的通道參數(shù)有兩個(gè)，分別為修正值和斜率。修正值適用于修改輸出的正偏差和負(fù)偏差，可以調(diào)整該值來增加或減少儀器讀數(shù)，以與用戶的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室檢測值一致。實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測結(jié)果隨修正值設(shè)置值得增大而增大，也就是說當(dāng)修正值設(shè)置偏高時(shí)，實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測結(jié)果較標(biāo)準(zhǔn)值整體偏高，誤差中將會(huì)出現(xiàn)大范圍的正偏差；而修正值設(shè)置偏低時(shí)，誤差中將會(huì)出現(xiàn)大范圍的負(fù)偏差。

4.4 通道設(shè)置過少

實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀利用紅外光譜吸收原理進(jìn)行水分檢測，水分測量值受樣品的表面狀態(tài)、顏色、結(jié)構(gòu)影響。而在線生產(chǎn)檢測煙葉樣品往往來源復(fù)雜，需要設(shè)置不同檢測通道不同檢測參數(shù)以精確檢測結(jié)果。通道設(shè)分類越細(xì)致，檢測結(jié)果越準(zhǔn)確。檢測通道設(shè)置過少，會(huì)導(dǎo)致使用同一通道檢測的樣品存在不同質(zhì)性，單一通道不能滿足這些不同質(zhì)樣品的檢測準(zhǔn)確度，不同質(zhì)樣品間檢測誤差差距大。

5 降低實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀的措施與建議

5.1 完善設(shè)備操作規(guī)程

為了避免不規(guī)范操作影響實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀檢測結(jié)果，責(zé)任部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀使用說明書，制定完善的操作規(guī)程，同時(shí)將操作規(guī)程納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。操作規(guī)程應(yīng)當(dāng)具備完備性、可理解性、易執(zhí)行性的特點(diǎn)，規(guī)程應(yīng)當(dāng)包含標(biāo)準(zhǔn)操作流程和注意事項(xiàng)兩大部分，保證依規(guī)程進(jìn)行操作能最大程度避免人為因素對(duì)檢測誤差造成的影響，同時(shí)方便考核人員依規(guī)程對(duì)操作人員進(jìn)行考核。

5.2 增大培訓(xùn)與考核力度

為了使設(shè)備操作規(guī)程能得到有效執(zhí)行，需要建立完善的培訓(xùn)與考核制度，按時(shí)按質(zhì)對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，并嚴(yán)格依詳盡的考核點(diǎn)對(duì)人員進(jìn)行考核。培訓(xùn)應(yīng)力爭使質(zhì)檢人員對(duì)實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀操作規(guī)程有清晰的理解和足夠的重視，并盡量控制由于人員變動(dòng)造成的人為操作失誤率增大的情況；考核應(yīng)當(dāng)常規(guī)按月考核與隨機(jī)抽查相結(jié)合，使員工對(duì)自己的日常崗位職責(zé)和具體操作規(guī)范對(duì)有清晰到位的認(rèn)識(shí)并能嚴(yán)格執(zhí)行。

5.3 確定合理的通道修正值

修正值適用于修改輸出的正偏差和負(fù)偏差。可以調(diào)整該值來增加或減少儀器讀數(shù)，以與用戶的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室檢測值一致。修正值調(diào)整方法有自動(dòng)修正和手動(dòng)修正兩種。自動(dòng)修正功能只作為調(diào)整儀器的初步方法，是使儀器大致準(zhǔn)確、測量值和標(biāo)準(zhǔn)值初步接近的一種調(diào)整方法。手動(dòng)修正是當(dāng)需要儀器檢測結(jié)果較精準(zhǔn)時(shí)使用調(diào)整方法，它通過兩個(gè)截然不同的階段進(jìn)行：獲取樣品數(shù)據(jù)（儀器測量值和標(biāo)準(zhǔn)值），這是修正的依據(jù)；計(jì)算出新的修正值并用新修正值覆蓋原來的修正值，更新存儲(chǔ)的產(chǎn)品通道。

計(jì)算新修正值的公式如下：

其中：

：新修正值。

：當(dāng)前修正值。

：實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定值的平均值。

：儀器樣品測量值的平均值。

為使修正值日趨精確，可以才用定期擴(kuò)大樣本量的方法不斷對(duì)修正值進(jìn)行調(diào)整。

5.4 細(xì)化檢測通道分類設(shè)置

為了使不同類別的煙葉檢測誤差均得到有效降低，檢測通道設(shè)置時(shí)應(yīng)盡量多的設(shè)置不同類別檢測通道，通道分類設(shè)置越細(xì)，檢測結(jié)果越準(zhǔn)確。實(shí)際操作過程中，可以建立通道細(xì)化設(shè)置流程，按照部位、等級(jí)、配方的層次逐級(jí)不斷細(xì)化的增加通道設(shè)置。

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作者簡介：欒菲菲（1989-），女，云南曲靖人，碩士。