直读式粉尘浓度测量仪示值误差的测量不确定度评定

摘要： 通过粉尘测量仪表检定装置对直读式粉尘浓度测量仪示值误差进行不确度评定。

Abstract： It processed uncertainty evaluation of value error through dust concentration measuring instrument calibration device.

关键词： 直读式粉尘浓度测量仪；不确定度；评定

Key words： direct reading dust concentration measuring instrument；uncertainty；evaluation

中图分类号：P207 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0308-02

1 概述

1.1 测量的依据 ①MT163-1997《直读式粉尘浓度测量仪表通用技术条件》。②JJG（煤炭）08-96《矿用直读式粉尘浓度测量仪表》检定规程。

1.2 校准条件 ①环境条件：温度要在15～25℃，而湿度也不能大于80%。②直读式粉尘浓度测量仪表检定装置：产生粉尘浓度的范围为0～1000mg/m3。③分析天平：分度值0.01mg。④玻璃转子流量计：准确度等级1.0级。⑤电子秒表：分度值0.01s。

2 测量方法

2.1 定义

①流量示值误差：测量仪在装上滤膜后，测量固定流量点15L/min的实际流量2次，从标准流量计的刻度值得到该点的实际采样流量，取其平均值qv用公式（1）计算测量点的采样流量误差：？啄q=■×100%（1）

②采样流量稳定性：启动测量仪后，测量仪器上的流量示值多表示在lmin、30min，60min上，在 30min和在60min测量值中与在lmin时测量值q初相差较大的一个，作为q末，以公式（2）计算流量稳定性：

？啄稳=■×100%（2）

③粉尘浓度示值误差：用粉尘风洞发生4种浓度的粉尘，浓度分别大约为：2.0mg/m3，10.0mg/m3，50.0mg/m3， 100.0mg/m3启动粉尘浓度测量仪，每种浓度测量1次，每次采样时间为10min，测量值为cm，每次测量用分析天平称采样前后的滤膜的质量m1和m2 3次，取各自平均值。每次采样前装滤膜后测量浓度测量仪的实际采样流量2次，2次测量平均值作为流量的实际值。在每次采样同时测量采样时间t，根据公式（3）计算粉尘浓度实际值cs：

cs=■ （3）

根据公式（4）计算每次粉尘浓度示值误差：

？驻=cm-cs（4）

④采样时间误差：在测量采样时间之差的误差的时候，我们需要将粉尘浓度测量仪的采样时间设定为10min，这样通过用秒表对采样时间进行两次测量，以取两者平均值t，即采样时间误差。

2.2 测量方法 用粉尘风洞发生4种浓度的粉尘，浓度分别大约为：10.0mg/m3，50.0mg/m3，启动粉尘浓度测量仪，每种浓度测量1次，每次采样时间为2min，测量值为cm，每次测量用分析天平称采样前后的滤膜的质量m1和m2 3次，取各自平均值。每次采样前装滤膜后测量浓度测量仪的实际采样流量2次，2次测量平均值作为流量的实际值。在每次采样同时测量采样时间t，根据公式（3）计算粉尘浓度实际值cs和公式（4）计算每次粉尘浓度示值误差。

3 粉尘浓度示值误差的不确定度分析

3.1 数学模型：？驻=cm-cs

3.2 方差和灵敏系数

依据：u2（？驻）=（■）2u2（cm）+（■）2u2（cs）

灵敏系数：■=1，■=-1

其中：由于cs=■，m2-m1=m

所以c1（cs）=■，c2（cs）=-■，c3（cs）=-■

3.3 计算分量标准不确定度（以测量浓度大约为 10.0mg/m3的粉尘为例）

3.3.1 与粉尘浓度示值有关的标准不确定度分量u（cm）

①粉尘浓度测定仪数字显示分辨力估算的不确定度分量u1（cm）。

由于粉尘浓度测定仪的最小分度值d=0.1，均匀分布，则u1（cm）=0.1×0.29=0.029mg/m3。

②根据仪器说明书技术指标中的测量相对误差估算的不确定分量u2（cm）。

由于粉尘采样器检定装置发生的粉尘浓度很难达到恒定，即不能满足多次重复测量的条件，故根据仪器说明书的技术指标做B类不确定度分析。说明书提供粉尘浓度测定仪的测量相对误差为±5%，仪器测量的示值为10.4mg/m3，cm的可能值分布区间半宽为0.502mg/m3，均匀分布，则u2=（cm）=0.502mg/m3/■=0.290mg/m3。

③计算标准不确定度分量u（cm）。

由于u1（cm）、相互独立，则：

u2（cm）=u■■（cm）+u■■（cm）=8.49×10-8 u（cm）=2.91×10-4g/m3

3.3.2 与粉尘浓度实际值cs有关的标准不确定度分量u（cs）

①分析天平称量粉尘重量不准引入的不确定度分量u1（cs）。

分析天平称量的不确定性估算的不确定度分量u11（cs）。

由检定证书给出分析天平的最大允许误差U=0.00001g，k=2，则u11（cs）=0.000005g。

分析天平称粉尘重量重复性估算的不确定度分量u12（cs）。

同一块滤膜的重量在短期内是稳定的，分析天平也是稳定的，分别测量采样前后的滤膜质量m1i和m2i各6次，得到测量值的标准差s（m1i）和s（m2i），结果如表1所示。

由于粉尘质量m=m1-m2分别是粉尘采样前后滤膜分别测量3次的平均质量，则：u■■（c■）=u■（m■）+u■（m■）

u■■（m■）=s■（m■）/3 u■■（m■）=s■（m■）/3

u■■（c■）=■=1.14×10-5g

合成不确定度分量u1（cs）

u1（cs）=■=■=1.24×10■g

②采样流量估算的不确定度分量u2（cs）。

流量计测量不准引入的不确定度分量u21（cs）。

由检定证书给出流量计为1.0级合格，量程为60L/min，即允差为0.6L/min，矩形分布则：

u■■（c■）=0.6/■=0.346L/min

流量测量重复性引入的不确定度分量u22（cs）。

对仪器的设定流量测量6次，见表1，取两次测量的平均值作为实际流量值，则：

u22（cs）=s（q■）/■=5.56×10-7m3/s

合成不确定度分量u2（cs）：

u2（cs）=■=■=5.80×10-6m3/s

③采样时间不准引入的不确定度分量u3（cs）。

秒表显示分辨力估算的不确定度分量是u31（cs）。

由于秒表的最小分度值为0.01s，其均匀分布，则：

u31（cs）=0.01s×0.29=0.0029s

秒表测量的重复性引入的不确定度分量u32（cs）

对仪器2min的定时测量6次，结果如表1所示，取一次测量的平均值作为实际采样时间，则：

u32（cs）=s（ti）=0.142s

由于u32（cs）远较u31（cs）大，因此合成时不考虑u31（cs），则：u3（cs）=0.142s。

④计算标准不确定度分量u（cs）。

由于各分量之间相互独立，互不相关，则合成标准不确定度：u■（c■）=c■■（c■）u■■（c■）+c■■（c■）u■■（c■）+c■■（c■）u■■（c■）=5.10×10■

u（c■）=2.25×10-4g/m3

3.4 合成标准不确定度u（？驻）

u（？驻）=■=■=3.68×10-4g/m3

3.5 扩展不确定度U（？驻）

U（？驻）=k×u（？驻）=7.36×10-4g/m3=0.7mg/m3，k=2

粉尘浓度测定仪测量浓度为10.0mg/m3的粉尘时，其示值误差的扩展不确定度为U（？驻）=0.7mg/m3，k=2。

参考文献：

[1]JJG（煤炭）08-96《矿用直读式粉尘浓度测量仪表》检定规程.

[2]MT163-1997《直读式粉尘浓度测量仪表通用技术条件》.

[3]JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》.