插入式棉包回潮率測試的可靠性分析

文/丁曰東

1 引言

MBS棉包水分測試儀作為一種快速便捷的插入式棉包回潮率測試儀器，減少了開包、取樣、縫包等環(huán)節(jié)，極大地提高了工作效率，避免了開包對棉花的污染，進一步保證了檢驗的公正性、客觀性和一致性。但在使用過程中也陸續(xù)暴露了一些問題，比如測試穩(wěn)定性差、測試數(shù)據(jù)離散性大，不同儀器間檢測結(jié)果偏差大等問題。那究竟這種回潮率測試方法可靠性如何呢？筆者就此問題進行了一系列的測試研究，借此分析插入式棉包回潮率測試的可靠性和一致性。

2 試驗方案

2.1 試驗準(zhǔn)備

2.1.1 儀器準(zhǔn)備

目前，常用的檢測設(shè)備主要是MBS-2型棉包回潮率測定儀，生產(chǎn)廠家為蘇州市光華電測技術(shù)研究所；MBS-Z智能升級型棉包回潮率測定儀，生產(chǎn)廠家為北京中棉機械成套設(shè)備有限公司和陜西華斯特儀器有限責(zé)任公司。本次試驗共選取5臺回潮率測試儀，其中4臺為我所設(shè)備，1臺為H所設(shè)備；設(shè)備詳細(xì)信息見表1。

表1 棉包水分測定儀

2.1.2 樣品準(zhǔn)備

選取186包一批的國儲棉1批。按照10%的抽樣檢測規(guī)定，隨機選取19包作為檢測試樣。

2.2 試驗及分析方法

由相同的測試人員分別操作5臺棉包回潮率測定儀對該批棉花指定的19個棉包進行回潮率檢測，同時記錄測試棉包包號和對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，并匯總以供分析使用。

以H所棉包水分測試儀C所測數(shù)據(jù)為參比數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法評價本單位4臺儀器試驗數(shù)據(jù)的可接受程度，以確定測試結(jié)果的可靠性。

2.3 試驗要求

測試操作由相同測試人員進行測試，確保手法一致。測試過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和儀器說明書規(guī)定進行操作，確保測試過程符合規(guī)范要求。測試部位按標(biāo)準(zhǔn)要求，盡量選取相同測試部位，測試深度保持一致。儀器設(shè)備經(jīng)過計量檢定，量值溯源性滿足要求。儀器設(shè)備在測試環(huán)境條件下經(jīng)過充分平衡，使用前對設(shè)備進行校驗，確保設(shè)備處于正常狀態(tài)。

2.4 試驗步驟

打開電源，將儀器放置在測試環(huán)境下進行溫濕度平衡，平衡至少10min。按照儀器說明書對設(shè)備進行校驗，確保設(shè)備處于正常狀態(tài)。在棉包包頭中間位置分別插入兩個探頭，插到底，確保測試位置距棉包外層向內(nèi)10cm～15cm，二探頭相距100mm左右，且使二探頭手柄呈縱向排列，插入部位如圖1。按GB 1103.1規(guī)定的取樣數(shù)量，逐包檢測，記錄檢驗結(jié)果，再計算批樣回潮率算術(shù)平均值，作為檢測結(jié)果，保留至小數(shù)點后一位。按照試驗方案，分別使用其他幾臺設(shè)備依次對指定的棉包進行測試，記錄檢驗結(jié)果，并計算其算術(shù)平均值。

圖1 棉包測試部位示意圖

3 測試結(jié)果分析

3.1 測試結(jié)果

按照測試方案，分別用5臺不同設(shè)備對19個棉包進行測試，記錄其結(jié)果，并計算其算術(shù)平均值、極差、標(biāo)準(zhǔn)偏差。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，從同一個棉包的測試結(jié)果來看，不同設(shè)備間測試結(jié)果離散性大，最大偏差可達(dá)到0.7%，平均偏差也達(dá)到了0.5%，測試結(jié)果不甚理想。從19個棉包平均值數(shù)據(jù)來看，5臺儀器的最大偏差為0.3%，測試結(jié)果較單包測試結(jié)果離散性明顯降低。

3.2 測試結(jié)果評價。

用En值來評價測試結(jié)果的可接受程度。以H所儀器為參比儀器C，其他儀器測試數(shù)據(jù)與參比儀器所測數(shù)據(jù)進行比較來評價測試結(jié)果的可接受程度。

式中，Xi——各臺儀器測試結(jié)果；——參考測試結(jié)果；Ui——各臺儀器設(shè)備測試結(jié)果的不確定度； Uc——參考測試結(jié)果的不確定度；按照公式(1)分別計算4臺儀器測試結(jié)果的En值，若|En|≤1，則認(rèn)為測試結(jié)果為滿意/可接受；否則判定為不滿意/不可接受。

3.3 不確定度的評估

插入式棉包回潮率測試數(shù)據(jù)直接從原棉水分測定儀顯示屏讀取，其不確定度的主要來源是測量重復(fù)性和儀器測試誤差引入的不確定度，其他影響因素因?qū)Σ淮_定度的貢獻很小，可不予考慮。本文僅計算由重復(fù)性和儀器測試誤差兩個因素引入的不確定度。

3.3.1 A類測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

n次測量中某單個測試結(jié)果x的實驗室標(biāo)準(zhǔn)偏差的測量標(biāo)準(zhǔn)差S(X)可按貝塞爾公式計算得到：

式中，Xi——第i測量的測試結(jié)果；X——n次測量所得一組測試結(jié)果的算術(shù)平均值；n——測量次數(shù)；n次測量的算

按照10%的抽樣檢測規(guī)定，共對19個棉包進行了檢測，以19個測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為該批產(chǎn)品的最終測試結(jié)果。因此，由重復(fù)性引起的不確定度分量Uai為：Uai= S(X)。

將測試結(jié)果分別帶入公式，可得到不同儀器測試結(jié)果的A類不確定度。詳見表3。

3.3.2 B類儀器測量誤差引入的不確定度

從儀器說明書可以得到，回潮率在6%～11%范圍內(nèi)的測量允差為±0.1%。5臺儀器技術(shù)要求完全一致，按照均勻分布得到儀器的B類不確定度為

3.3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.3.4 擴展不確定度

置信水平95%時，取包含因子K=2，擴展不確定度Up為：Up= K×Uc。

表2 回潮率測試數(shù)據(jù) %

表3 不確定度評定數(shù)據(jù)%

3.3.5 結(jié)果評價

將數(shù)據(jù)帶入公式（1），分別計算其En值，詳見表3?？梢?，4臺設(shè)備測試結(jié)果的|Eni|≤1，測試結(jié)果可評價為滿意。

4 結(jié)論及建議

按照10%抽樣測試的規(guī)定，回潮率的平均值結(jié)果在不同廠家、不同型號、不同批次儀器之間差別不大，在允許范圍內(nèi)。這就說明插入式回潮率測試的結(jié)果一致性好，結(jié)果比較穩(wěn)定，是可靠的。對同一棉包不同儀器之間測試結(jié)果偏差較大，最大偏差達(dá)到了0.7%，這說明插入式回潮率測試儀重現(xiàn)性差，需要進一步改進升級，提高測試結(jié)果的穩(wěn)定性。

建議回潮率測試要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和儀器說明書的要求來操作，避免因操作不規(guī)范對結(jié)果產(chǎn)生的影響。

鑒于棉包回潮率測試環(huán)境條件往往比較惡劣，儀器設(shè)備使用頻繁，使用環(huán)境條件劇烈變化，連接線、溫度補償器、探頭等附件易損壞等情況，設(shè)備在使用前應(yīng)予以充分平衡，嚴(yán)格按照設(shè)備說明書的要求進行校驗，確保儀器處于正常工作狀態(tài)，并定期（建議周期為一個月）對回潮率測試儀進行期間核查或者送計量服務(wù)機構(gòu)進行檢定，以確保儀器設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，提升測試結(jié)果的可靠性。