冷濾點測定儀校準方法研究

張 森 郭 波* 周 艦 黃清波 鄭 鵬 高 捷 隋 峰 許愛華

(1.山東省計量科學研究院，濟南 250014；2.山東金誠石化集團，淄博 256405)

1965年美國?？松臼状翁岢隼錇V點概念，隨即發(fā)布了冷濾點的測試方法[1-3]，從此世界各國都開展了冷濾點的測試[4-7]。我國于1992年修正了英國能源協(xié)會IP309-99冷濾點測試標準，制定了SH/T0248-1992《柴油和民用取暖油冷濾點測定法》，在2006年改變了濾網(wǎng)孔目、降溫條件等形成了現(xiàn)行的SH/T0248-2006標準[8]。冷濾點是指油品在規(guī)定的降溫條件下，油品低溫結(jié)晶到一定程度堵塞濾網(wǎng)時對應的溫度，它是檢驗油品低溫使用性能的重要物理指標，經(jīng)過行車模擬實驗證實，冷濾點能精確預測柴油的實際可用的最低溫度[9]。在運輸、貯存和使用過程中，當環(huán)境溫度較低時，柴油中的蠟或生物柴油中的長鏈飽和脂肪酸甲酯結(jié)晶析出，使柴油變稠，甚至凝固，這會造成輸油管、過濾器和噴油嘴堵塞，從而導致供油中斷、柴油機停車等困難[10-12]。因此準確測量油品冷濾點對實際工作有很重要的意義。冷濾點標準物質(zhì)研制上市近幾年來，冷濾點測定儀的檢定或校準仍無相應的規(guī)程規(guī)范，導致該儀器的性能無法評價，量值無法溯源，測量準確性無法保證。為此，筆者探討一種對冷濾點測定儀的校準方法，并對冷濾點示值誤差測定結(jié)果的不確定度進行了評定。

1 校準條件

1.1 環(huán)境要求

環(huán)境溫度：10～35℃；相對濕度≤80%；供電電壓：220±22V；頻率：50±1Hz；周圍無強烈震動，無強電、磁場干擾。

1.2 校準設備

冷濾點標準物質(zhì)：-16.4℃，擴展不確定度為2.0℃(k=2)，中國計量科學研究院；

測溫設備：采用分辨力和短期穩(wěn)定性均優(yōu)于被校溫度槽最高溫場指標3倍的測溫儀器或設備。

2 校準項目

2.1 示值誤差

半自動冷濾點測定儀，首先調(diào)節(jié)冷浴溫度，將標準物質(zhì)倒入清潔、干燥的試杯中至刻線處。調(diào)節(jié)空氣流速為15 L/h，檢查水位壓差計應穩(wěn)定指示壓差為200 mm。按照冷濾點試驗步驟，當標準物質(zhì)在60 s時未達到吸量管刻度標記，或在切斷壓力下，試樣不能完全自然流回試杯中，記錄本次抽吸開始時的溫度為冷濾點。全自動冷濾點測定儀，設置冷浴溫度，按儀器說明書要求加入標準物質(zhì)，進行測量。重復測量3次，記錄儀器所測量標準物質(zhì)的冷濾點值T，3次測量結(jié)果的算術(shù)平均值與標準物質(zhì)的標準值之差即為儀器的冷濾點示值誤差。按照公示(1)計算：

ΔTe=T-Ts

(1)

式中：ΔTe—儀器冷濾點示值誤差，℃；

Ts—標準物質(zhì)的標準冷濾點值，℃。

2.2 重復性

依據(jù)上述示值誤差3次測試的結(jié)果，最大與最小測量值之差計算為該儀器的重復性。

δr=Tmax-Tmin

(2)

式中：δr—測量重復性，℃；

Tmax—測量的最大冷濾點值，℃；

Tmin—測量的最小冷濾點值，℃。

2.3 冷浴溫度誤差

按照實驗需求設定冷浴溫度，當溫度達到設定溫度，冷浴溫度穩(wěn)定后，以每分鐘1次的均勻間隔讀取溫度示值3次，記錄測量溫度T，按式(3)計算溫度誤差：

(3)

式中：ΔT—溫度誤差，℃；

Ts—測量溫度設定值，℃。

3 校準實例

冷濾點測定儀分為全自動型和半自動型，全自動型因為集成化程度高，儀器組成如圖1所示，只能使用標準物質(zhì)測量其冷濾點示值誤差和重復性指標，冷浴溫度等無法測量。半自動型通過化驗人員判斷冷濾點，可以測量冷浴溫度的控制情況。

圖1 全自動冷濾點測定儀儀器組成

按照上述方法對湖南津市市石油化工儀器有限公司生產(chǎn)的JSR0105型冷濾點測定儀進行試驗。實驗室環(huán)境溫度23.2℃，相對濕度57%RH。

用正庚烷清洗連接管、試杯、吸量管和溫度計，然后用丙酮沖洗，干凈空氣吹干。調(diào)節(jié)穩(wěn)定冷浴溫度，將45 mL標準物質(zhì)倒入清潔、干燥的試杯中至刻線處。按照上述方法重復測量3次，結(jié)果如表1所示。

表1 冷濾點測試結(jié)果

設定冷浴溫度-17.0℃，當冷浴溫度穩(wěn)定后，以每分鐘1次的均勻間隔讀取溫度示值3次，結(jié)果如表2所示。

表2 冷浴溫度測試結(jié)果

4 不確定度評定

4.1 不確定度傳播率

由于各分量獨立不相關(guān)，則有靈敏系數(shù)：

4.2 不確定度的來源

測量時影響測量結(jié)果的不確定度的因素有很多：有標準物質(zhì)的不確定度、測量環(huán)境條件帶來的不確定度、人員操作帶來的不確定度、被檢計量器具分辨率帶來的不確定度等。

根據(jù)測得的不同數(shù)據(jù)，用極差法計算示值重復性引入的不確定度分量。得到如下觀察值T：17℃、17℃和18℃，則

式中：Tmax—測量最大冷濾點值，℃；

Tmin—測量最小冷濾點值，℃；

d—級差系數(shù)。

4.2.2標準物質(zhì)引入不確定度分量uTs

校準所用標準物質(zhì)的證書上可查到標準值的擴展不確定度和包含因子，以冷濾點標準物質(zhì)GBW13249為例，U=2℃(k=2)，則

uTs=2/2=1℃

4.2.3溫度計引入的不確定度分量u3

要求使用分度為1℃的水銀溫度計，不確定度分量估計服從均勻分布，則其標準不確定度為：

4.3 合成標準不確定度

以上各影響量互相獨立，所以示值誤差的合成標準不確定度uC為

4.4 擴展不確定度U

U=k·uc

取k=2，則U=2.4℃

5 結(jié)語

根據(jù)冷濾點測定儀的工作原理和實際測試工作需求，探討了一種針對冷濾點測定儀的校準方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對冷濾點測定儀冷濾點示值誤差、重復性和冷浴溫度誤差的綜合評價，并對冷濾點校準結(jié)果進行了不確定度評定，能夠為此類儀器的計量工作提供借鑒，并確保該儀器測量數(shù)據(jù)的準確性和溯源性。