制絲在線紅外水分儀的測(cè)量系統(tǒng)分析

朱令宇

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠,河南漯河462000）

制絲在線紅外水分儀的測(cè)量系統(tǒng)分析

朱令宇

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠,河南漯河462000）

為評(píng)價(jià)卷煙廠制絲在線紅外水分儀的測(cè)量能力,以烘絲機(jī)出口水分儀為例,采用測(cè)量系統(tǒng)分析的基本原理和方法,計(jì)算水分儀的偏倚和測(cè)量波動(dòng),作出其測(cè)量能力能否滿足測(cè)量要求的評(píng)價(jià),為保證水分儀測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供了依據(jù).

測(cè)量系統(tǒng)分析；紅外水分儀；測(cè)量能力；控制圖

測(cè)量系統(tǒng)分析是用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,來(lái)定量衡量測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)波動(dòng)源對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,并給出測(cè)量系統(tǒng)能否滿足使用要求的明確判斷.測(cè)量系統(tǒng)必須具有良好的準(zhǔn)確性（通常用偏倚來(lái)衡量）和精確性（通常用波動(dòng)來(lái)衡量）.

葉絲含水率是煙草加工過(guò)程中的一項(xiàng)重要指標(biāo),其控制水平直接影響后續(xù)的卷接加工和產(chǎn)品質(zhì)量.含水率的控制主要由紅外水分儀的實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)反饋控制來(lái)完成.在線紅外水分儀的測(cè)量原理是利用物料受特定波長(zhǎng)的紅外光照射時(shí),物料中的水分子吸收紅外輻射能量,造成發(fā)射光和反射光能量衰減來(lái)測(cè)量物料的含水率[1-2].邵俊等采用測(cè)量系統(tǒng)分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)室紅外水分儀的測(cè)量能力進(jìn)行了分析[3],但對(duì)于生產(chǎn)線的紅外水分儀來(lái)說(shuō),由于測(cè)量物料的動(dòng)態(tài)性以及不可重復(fù)性,因此無(wú)法使用常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)分析方法進(jìn)行能力分析.作者從測(cè)量系統(tǒng)分析的基本原理入手,以烘箱法測(cè)量結(jié)果為依據(jù),參考破壞性測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法[4-5]計(jì)算了測(cè)量?jī)x器本身的波動(dòng),參考測(cè)量系統(tǒng)判異準(zhǔn)則,對(duì)水分儀的測(cè)量能力進(jìn)行了評(píng)價(jià).

1 原理和方法

目前測(cè)定煙草及煙草制品含水率的方法很多,但是,烘箱干燥法在世界范圍內(nèi)仍被視為可供對(duì)照的經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法.因此,水分儀的校準(zhǔn)通常是以烘箱法測(cè)量含水率為標(biāo)準(zhǔn),水分儀示值和烘箱法測(cè)量值之間的誤差不超過(guò)工藝要求的最大誤差0.3%作為校準(zhǔn)依據(jù)[1].

式（1）中：M烘—烘箱法測(cè)量值；M示—在線水分儀顯示值；ΔM—工藝要求的誤差.

由測(cè)量系統(tǒng)分析的方法看,水分儀示值和烘箱法測(cè)量值之間的誤差僅能說(shuō)明水分儀的準(zhǔn)確性,即偏倚的大小,而其精確性《,卷煙工藝規(guī)范》用水分儀的探測(cè)精度來(lái)度量[6]

式（2）中：S—探測(cè)精度；Xi—第i次含水率烘箱法測(cè)量值；Yi—第i次含水率顯示值；n—檢測(cè)次數(shù).高水分物料（含水率≥15%）在線水分儀精度要求≤0.5%；低水分物料（含水率＜15%）精度≤0.3%.

探測(cè)精度一定程度上反映了水分儀的測(cè)量波動(dòng),但測(cè)量系統(tǒng)是否有能力可靠的反映煙草物料含水率本身的過(guò)程波動(dòng),并不能夠從探測(cè)精度上得到結(jié)論.

評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)能力的方法通常有兩種[7]：

（1）測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)R＆R與總波動(dòng)之比來(lái)度量,通常記為P/TV

（2）用測(cè)量系統(tǒng)的R＆R與測(cè)量對(duì)象的質(zhì)量特性值容差之比來(lái)度量,通常記為P/T

表1 測(cè)量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則Tab.1 Criterion of measurement system capability

一般來(lái)說(shuō),測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)需要對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,但對(duì)在線水分儀來(lái)說(shuō),受環(huán)境和水分儀特性等因素影響,在同一臺(tái)水分儀下對(duì)同一物料進(jìn)行重復(fù)測(cè)試是不可能的,但又與一般破壞性試驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)分析中,可以得到差異小到可以忽略不計(jì)同組樣品的情況不同.有利的是,可以參考烘箱法校準(zhǔn)水分儀的方法,將烘箱法測(cè)量值作為標(biāo)準(zhǔn)值,得到水分儀示值和烘箱法測(cè)量值之間的差值,即可認(rèn)為是水分儀的波動(dòng),也就是測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng).而烘箱法測(cè)量的各樣品間的絕對(duì)誤差,則能夠反映測(cè)量對(duì)象的波動(dòng).過(guò)程輸出的總方差包括了過(guò)程的實(shí)際波動(dòng)和測(cè)量系統(tǒng)的方差.由此來(lái)估算系統(tǒng)的P/TV和P/T,再根據(jù)表1描述的準(zhǔn)則,來(lái)定量考察水分儀的測(cè)量能力充分與否.

2 實(shí)例分析

以烘絲機(jī)出口水分儀為例,取樣涵蓋數(shù)個(gè)生產(chǎn)批次,數(shù)值包括了較大的范圍,基本覆蓋了烘絲出口含水率的正常波動(dòng).按照水分儀操作規(guī)程分別進(jìn)行取樣、記錄以及烘箱法測(cè)量含水率[8],表2是測(cè)試結(jié)果.

表2 含水率測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of moisture content%

2.1 計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)的偏倚和波動(dòng)

由于烘箱法測(cè)量含水率是標(biāo)準(zhǔn)值,因此可以認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)的差異是由測(cè)量誤差造成的.計(jì)算水分儀示值和烘箱法測(cè)量值的差,將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到表3數(shù)據(jù),并根據(jù)表3繪制誤差控制圖,見(jiàn)圖1.

表3 含水率測(cè)試結(jié)果—單值控制圖Tab.3 Test result of moisture content for X control chart%

圖1 誤差單值控制Fig.1 X control chart of error

單值控制圖均在控制界限內(nèi),沒(méi)有失控現(xiàn)象,因此可以用式（6）估算

式（6）中d2可查控制圖系數(shù)表得到,n=2,查表d2=1.128；因此可以得到

2.2 計(jì)算測(cè)量對(duì)象的波動(dòng)

以烘箱法測(cè)量值為真值,其波動(dòng)即能夠反映了過(guò)程的波動(dòng),計(jì)算烘箱測(cè)量含水率的移動(dòng)極差,把表2數(shù)據(jù)整理成表4,并繪制單值—移動(dòng)極差控制圖,見(jiàn)圖2.

表4 含水率測(cè)試結(jié)果—用于單值—移動(dòng)極差控制圖Tab.4 Test results of moisture content for X-MR control chart%

圖2 單值—移動(dòng)極差控制Fig.2 X-MR control

由于單值—移動(dòng)極差控制圖是穩(wěn)定的,所以可以用式（7）估算

式（7）中R是移動(dòng)極差的均值,同樣可查控制圖系數(shù)表得到d2=1.128,

10%＜P/TV=12.7%≤30%,測(cè)量系統(tǒng)基本可以接受.

烘絲出口含水率的容差為設(shè)計(jì)值±0.5%,因此T=1.0%.故

10%＜P/T=11.8%≤30%,且10%＜P/TV=12.7%≤30%,根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則,可以認(rèn)為該水分儀的測(cè)量能力基本可以接受.

3 小結(jié)

葉線在線紅外水分儀受測(cè)量環(huán)境和儀器測(cè)量特性的影響,限制了樣品重復(fù)性測(cè)量的可能性.以烘箱法含水率測(cè)量為基準(zhǔn),應(yīng)用測(cè)量系統(tǒng)分析的基本原理計(jì)算水分儀的測(cè)量波動(dòng)與過(guò)程總波動(dòng)之比、與葉絲含水率容差之比,根據(jù)測(cè)量能力判斷準(zhǔn)則來(lái)判斷在線紅外水分儀的測(cè)量能力,較使用測(cè)量誤差和探測(cè)精度來(lái)度量水分儀的測(cè)量能力,更具全面和合理性.對(duì)于制絲線其他各工序在線水分儀的測(cè)量能力分析,此方法亦有借鑒意義.

[1]NDC紅外技術(shù)公司.M710紅外水分儀簡(jiǎn)明操作手冊(cè)（英文版）[S].

[2]王建騰,李松,董小衛(wèi).用于煙草水分檢測(cè)的兩種紅外水分儀[J].計(jì)測(cè)技術(shù).2011（10）：50-52.

[3]邵俊,閆洪喜.測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）在紅外水分儀測(cè)量能力分析中[J].現(xiàn)代儀器.2012,18（5）：21-24.

[4]趙庶嫻,李效偉,劉東,等.破壞性測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性分析初探[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造,2011,134：44-48.

[5]馬義中,岳剛.破壞性測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)源的分析[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理.2007（6）：1056-1059.

[6]國(guó)家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[M].北京：中央文獻(xiàn)出版社,2003.

[7]馬林,何楨.六西格瑪管理[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社,2003：166-183.

[8]王志杰.干燥法在線校準(zhǔn)TM710紅外水分儀[J].計(jì)量技術(shù),2011（10）：50-52.

（責(zé)任編輯：盧奇）

Measurement system analysis for infrared moisture meter of tobacco processing line

Zhu Lingyu
（Luohe cigarette factory of Henan tobacco industry limited liability company,Luohe 462000,China）

In order to evaluate measurement capabilities of cigarette factory online infrared moisture meter,taking the silk dryer export moisture meter for example,using the measurement system analysis of the basic principles and methods,the basis and measurement capabilities of moisture meter were calculated for scientific evaluation,to provide the basis for the quality of water meter measuring data.

measurement system analysis；infrared moisture meter；measurement capability；control chart

TS41

A

1008-7516（2013）05-0073-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.05.017

2013-06-13

朱令宇（1978-）,男,河南鹿邑人,碩士,工程師.主要從事煙草工藝研究和質(zhì)量管理工作.