直讀光譜法檢定鋁合金中硅的測(cè)量不確定度評(píng)定

季文華

摘要：文章利用光電直讀光譜法測(cè)定鋁合金中硅的含量，對(duì)其測(cè)量過(guò)程中不確定度產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

關(guān)鍵詞：不確定度；直讀光譜法；硅元素；鋁合金

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）02-0077-02

1 概述

（1）目的：評(píng)定用直讀光譜法檢定鋁合金中硅的測(cè)量不確定度。

（2）測(cè)量依據(jù)：《鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法》（GB/T7999-2007）。

（3）檢測(cè)的環(huán)境條件：環(huán)境溫度22℃～28℃，最大溫度變化±2℃/小時(shí)，相對(duì)濕度30%～65%。

（4）測(cè)量?jī)x器：ARL4460型直讀光譜儀（瑞士ARL公司生產(chǎn)），高純氬（≥99.999%），壓力為0.25～0.3MPa。

2 原理

根據(jù)被測(cè)元素的原子或離子，在光譜中被激發(fā)而產(chǎn)生特征輻射，通過(guò)判斷這種特征輻射的存在及其強(qiáng)度的大小，對(duì)各元素進(jìn)行定性和定量分析。

3 測(cè)量方法和過(guò)程

3.1 試樣制備

利用切割機(jī)和光譜磨樣機(jī)，將試樣制作成直徑大于16mm、擁有光滑均勻平面的待測(cè)樣。

3.2 試樣的測(cè)量

4460型直讀光譜儀在出廠時(shí)，根據(jù)我們生產(chǎn)的需要，已經(jīng)制作出不同材料、不同元素含量范圍的工作曲線，因此，檢測(cè)人員只需根據(jù)所測(cè)試樣的材料和元素含量，選取所需要的工作曲線，然后進(jìn)行測(cè)試。實(shí)際工作中，測(cè)定時(shí)最少在一塊試樣不同部位連續(xù)激發(fā)三次，直接讀出測(cè)定元素的含量，打印出該元素的平均值。

4 建立數(shù)學(xué)模型

4.1 數(shù)學(xué)模型

Y＝αx＋β

式中：

Y——試樣被測(cè)元素的測(cè)定結(jié)果

x——試樣中被測(cè)元素的強(qiáng)度

α、β——常數(shù)

4.2 不確定度的來(lái)源

不確定度的來(lái)源主要包括：測(cè)量重復(fù)引入的不確定度，A類評(píng)定；由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引起的不確定度，B類評(píng)定；由儀器引起的不確定度，B類評(píng)定；由曲線擬合引起的不確定度，B類評(píng)定；由試樣制備引起的不確定度，B類評(píng)定。

5 測(cè)量不確定度的評(píng)定

測(cè)量結(jié)果不確定度一般來(lái)源于取樣，制樣，樣品本身的均勻性，測(cè)量條件的變化，工作曲線校正，標(biāo)準(zhǔn)樣品的不確定度，儀器測(cè)量方法、測(cè)量過(guò)程、測(cè)量結(jié)果等因素。現(xiàn)以編號(hào)為“YSS040-2007材字910”鋁合金6063標(biāo)樣中硅的測(cè)定為例。

5.1 A類不確定類評(píng)定

表1為硅含量的10次重復(fù)測(cè)量值、平均值和單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S（Aa）：

表1

測(cè)量

次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Aa（%） 0.43582 0.43620 0.43802 0.43403 0.43484 0.43336 0.43774 0.43738 0.43413 0.43463

平均值（%） ＝＝4.35615

單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差（%） ＝＝0.04

10次平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差＝＝＝1.3×10-4。

5.2 B類不確定度評(píng)定

5.2.1 由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引起的不確定度。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不均勻性和變動(dòng)性引起的不確定度；二是由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值引起的不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)表明，該物質(zhì)中標(biāo)定的元素均勻性良好；同時(shí)鋁合金材料通常情況下相當(dāng)穩(wěn)定，抗氧化程度較高，因此化學(xué)成分也相對(duì)比較穩(wěn)定，從穩(wěn)定性上看至少可達(dá)10年。即由此引起的不確定度就可以忽略。

YSS040-2007材字910標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，證書(shū)所列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2所示：

表2

標(biāo)樣編號(hào) 硅含量標(biāo)準(zhǔn)值 標(biāo)準(zhǔn)偏差S 不確定度Ub1

YSS040-2007材字910 0.435% 0.004% 0.0023%

注：S＝，為定值過(guò)程引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差，為均勻性引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

5.2.2 由試樣制備引起的不確定度。假定試樣是均質(zhì)、表面處理合乎制樣標(biāo)準(zhǔn)要求，制樣引起的不確定度可以忽略，即：＝0。

5.2.3 由儀器引起的不確定度是由儀器分辨率引起的不確定度。根據(jù)儀器相關(guān)說(shuō)明，可知儀器的最小讀數(shù)為0.0001%，均勻分布。K＝（B類評(píng)定）。標(biāo)準(zhǔn)不確定度＝0.0001/＝0.0058%。

5.2.4 由曲線擬合引起的不確定度。我單位ARL-4460型直讀光譜儀有59個(gè)通道、2條鋁基工作曲線、4塊國(guó)際標(biāo)樣。按要求定期對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行漂移校正工作。在漂移校正時(shí)儀器會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)各條曲線，計(jì)算出α、β值。當(dāng)α≈1、β≈0時(shí)儀器曲線出廠斜率基本不變，元素的強(qiáng)度值基本不變，故曲線擬合引起的不確定度為定值。由曲線擬合引起的不確定度為＝0.007%。

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

單次測(cè)量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

Uab＝

擴(kuò)展不確定度U的評(píng)定：

在置信概率取95%的情況下，k＝2，則：

U＝k×Uab＝2×0.0073%＝0.0146%

7 測(cè)量結(jié)果及不確定度的報(bào)告

直讀光譜儀分析法測(cè)定硅的最終結(jié)果：（0.435±0.0146）%時(shí)，測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度：U＝0.0146%，包含因子k＝2。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范．測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF1059-1999）[S]．北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2001．

（責(zé)任編輯：秦遜玉）