羊毛纖維直徑測定的不確定度評定

彭亞薇，陳海生，邵徐玲，姚夢晴

羊毛纖維是羊的皮膚的變形物。主要的紡織用毛纖維是綿羊毛，通常稱作羊毛，具有吸汗透氣、防污抗皺、保暖性極佳等優(yōu)點，多用于秋冬季節(jié)的服裝。羊毛纖維的品質(zhì)研究成為紡織行業(yè)的熱門課題。評定羊毛品質(zhì)的主要因素是直徑、卷曲、色澤、強度以及草雜含量等，本研究主要針對羊毛直徑。

羊毛纖維的截面成近似圓形，一般用直徑大小來表示它的粗細，也稱之為羊毛細度。羊毛細度是確定毛纖維品質(zhì)和使用價值的重要工藝特性，用纖維的直徑微米或品質(zhì)支數(shù)表示。細度越小，支數(shù)越高，紡出的毛紗也就越細，其可紡性能也就越好。一般按細度可將羊毛劃分為3 類：（1）細羊毛平均直徑在30 μm以下的同質(zhì)毛，細度分布窄，纖維細軟，卷曲多，無髓質(zhì)層，纖維表面鱗片密度大，縮絨性好，價格高。（2）半細羊毛，平均直徑在30～52.5 μm，內(nèi)部有間接的髓質(zhì)層，細度分布較寬，屬兩型毛。（3）粗羊毛平均直徑在52.5 μm 以上，卷曲少，內(nèi)部有連續(xù)的髓質(zhì)層，多為雜交土種毛[1]。

應(yīng)嚴格控制羊毛直徑從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，所以用測定不確定度來分析與處理結(jié)果有著非常重要的意義，這樣可以使得直徑的測定結(jié)果更具準確性和科學(xué)性。

1 實驗部分

1.1 執(zhí)行標準

實驗標準采用GB/T 10685—2007《羊毛纖維直徑實驗方法 投影顯微鏡法》，其中所規(guī)定羊毛直徑為羊毛縱向投影寬度的平均值。

1.2 實驗材料與儀器設(shè)備

標準毛條、投影顯微鏡（放大500 倍）、纖維切片器、液體石蠟、載玻片、蓋玻片。

1.3 實驗步驟

根據(jù)標準GB/T 10685—2007 中的操作步驟取樣制片，把載有試樣的載玻片放在顯微鏡載物臺上，蓋玻片面對物鏡。先對蓋玻片的一角進行調(diào)焦，縱向移動載玻片0.5 mm，再橫向移動0.5 mm，這兩步將在屏幕上取得第一個視野，按照此規(guī)則測量視野圓周內(nèi)的每根纖維直徑。[2]

2 不確定度

2.1 含義

不確定度表示的是在實驗過程中，由于測量誤差的存在，對被測量的不能絕對肯定的程度，同時也代表著測量結(jié)果的可信賴程度。它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標。不確定度越小，測量結(jié)果與被測量的真實值越接近，質(zhì)量越高，水平越高，參考意義越大，使用價值越高；不確定度越大，測量結(jié)果的質(zhì)量越低，水平越低，參考意義越小，使用價值也越低。

2.2 分類

2.2.1 不確定度的A 類評定

對在規(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)計分析的方法進行測量不確定度分量的評定。一次測量結(jié)果的An 的Ua=S，平均測量結(jié)果A 的不確定度計算公式為：

2.2.2 不確定度的B 類評定

用不同于測量不確定度A 類評定的方法對測量不確定度分量進行的評定。它是用實驗或其他信息來估計，含有主觀鑒別的成分，用Ub表示。

2.2.3 合成標準不確定度

由在一個測量模型中各輸入量的標準測量不確定度獲得的輸出量的標準測量不確定度。合成標準不確定度的自由度稱為有效自由度，它表明所評定的有效程度，用Uc表示。[3]

3 測量不確定度的評定

3.1 不確定度來源分析

測量的不確定因素見圖1。

圖1 測量中存在的不確定因素

3.2 實驗重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度

由同一名檢驗員對同一個毛條切取10 次進行重復(fù)性的實驗，結(jié)果如表1 所示。

表1 10 次重復(fù)性實驗的羊毛直徑

直徑平均值 X=26.08，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.3 取樣過程產(chǎn)生的不確定度

各類羊毛樣品自身普遍存在不均勻性，在人工混合的時候也無法保證百分百的均勻[4]，但是在進行重復(fù)性實驗不確定度測評的過程中，也間接包含了對樣品均勻性不確定度的測定，這里就不再另做評估。

3.4 纖維長度不同產(chǎn)生的不確定度

由同一名檢驗員制片，分別轉(zhuǎn)動哈氏切片器半格、一格、一格半、兩格、兩格半、三格制作切片，對所得結(jié)果進行直徑測量，根數(shù)300 根，結(jié)果見表2。

表2 切取不同長度所測量出的羊毛直徑

由表2 可知，直徑平均值 X=26.53，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.5 測量根數(shù)多少產(chǎn)生的不確定度

由同一名檢驗員同同一切片進行直徑實驗，300根以上每隔30 根記錄一次數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。

表3 根數(shù)不同測量出的羊毛直徑

由表3 可知，直徑平均值 X=25.99，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.6 顯微鏡分辨率產(chǎn)生的不確定度

顯微測微尺的最小分度值為0.01 mm，由顯微鏡測量導(dǎo)致的B 類不確定度為：

3.7 合成標準不確定度[5]

3.8 擴展不確定度

在置信水平為95%，查T 分布表，按照習(xí)慣，取擴展因子k=2，則擴展不確定度為：

3.9 不確定度總結(jié)

本次實驗所選取的羊毛毛條，在95% 置信區(qū)間內(nèi)，直徑大小為（26±0.189 8）μm，各因素不確定度總結(jié)見表4。

表4 各因素不確定度

4 結(jié)語

不確定度的測量能夠有效地反映檢測結(jié)果的準確性，本研究通過對這幾個不確定度來源進行展開分析。通過計算可以看出，由羊毛纖維長度引入的不確定度最大，顯微鏡分辨率產(chǎn)生的不確定度最小，測量根數(shù)及實驗重復(fù)性帶來的不確定度居中。因此，在羊毛直徑測定中，為提高檢測準確性，切取羊毛時要控制羊毛長度在200～300 mm，為了提高檢測效率，可忽略測量根數(shù)代入的差異，測量根數(shù)達到300根即可。