呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

白 敏

呼出氣體酒精含量探測(cè)器測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

白 敏

白 敏

山西省計(jì)量科學(xué)研究院

呼出氣體酒精含量探測(cè)器是用于檢測(cè)人體呼出氣體中的酒精含量的儀器。對(duì)其檢測(cè)可使用液態(tài)有機(jī)氣體配氣裝置、酒精呼氣模擬器、瓶裝空氣中酒精有證標(biāo)準(zhǔn)氣體三種方法。其中酒精呼氣模擬器產(chǎn)生的氣體為濕氣，接近人體呼出氣體模式，測(cè)量結(jié)果更為可靠。

呼出氣體酒精含量探測(cè)器是專(zhuān)門(mén)為警察設(shè)計(jì)的一款執(zhí)法的檢測(cè)工具，執(zhí)勤民警可用來(lái)對(duì)飲酒司機(jī)的飲酒多少來(lái)進(jìn)行具體的處理，有效減少重大交通事故的發(fā)生。但是實(shí)際操作中由于環(huán)境、溫度等各方面的影響，都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。本文從不確定度的來(lái)源來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析和評(píng)定。

概述

測(cè)量依據(jù)和方法

JJG657-2006《呼出氣體酒精含量探測(cè)器》

GB/T21254《呼出氣體酒精含量測(cè)試儀》

JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》

OIML R 126：2012 （E） Evidential breath analyzers

OIML R 126：1998 （E） Evidential breath analyzers

測(cè)試環(huán)境條件

環(huán)境溫度：（25±2） ℃，相對(duì)濕度：不大于80％，測(cè)量工作環(huán)境應(yīng)無(wú)干擾量的因素。

測(cè)量所用標(biāo)準(zhǔn)裝置

酒精呼氣模擬器（3臺(tái)），溶液溫度控制能力〈±0.05 ℃（設(shè)定溫度為34℃時(shí)）。

乙醇純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)值：99.8％，擴(kuò)展不確定度0.3％，k=2。

量筒，容量500ml，標(biāo)尺間隔5ml。

移液器（3支），量程為（100～1000）μL兩支，（20～200）μL一支。

溫度計(jì)（3支），測(cè)量范圍（33.5～，標(biāo)尺間隔0.1℃。

被測(cè)對(duì)象，呼出氣體酒精含量探測(cè)器一臺(tái)。

檢測(cè)方法簡(jiǎn)述

根據(jù)儀器使用說(shuō)明、OIML R 126：2012、JJG657-2006，分別確定酒精、蒸餾水的容積，配制相應(yīng)濃度酒精溶液，使呼氣式酒精模擬器在溶液溫度為34℃條件下，分別產(chǎn)生0.1mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L的酒精標(biāo)準(zhǔn)氣體，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)10次，評(píng)定該呼出氣體酒精含量探測(cè)器在3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量誤差的不確定度。

測(cè)量模型

呼出氣體酒精含量測(cè)試器測(cè)量誤差為：

其中：

E：呼出氣體酒精含量測(cè)試器的誤差 mg/L

Y：呼出氣體酒精含量測(cè)試器讀數(shù) mg/L

B：呼氣式酒精模擬器產(chǎn)生氣體中酒精濃度mg/L

其中Y、B相互獨(dú)立，根據(jù)不確定度傳播律，

根據(jù)Dubowski公式，

B：呼氣中酒精濃度 mg/L

當(dāng)酒精溶液溫度在34℃時(shí)，該公式為：

不確定度來(lái)源

呼出氣體酒精含量測(cè)試器Y引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

呼出氣體酒精含量測(cè)試器示值重復(fù)性Y1引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

呼出氣體酒精含量測(cè)試器顯示裝置分辨力Y2引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

呼氣式酒精模擬器B引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

溫度控制偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，參考OIML R 126：1998的附錄G，溫度控制在±0.1℃時(shí)，可不對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。經(jīng)驗(yàn)證，本裝置符合此要求，忽略由其引入的不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析與評(píng)定

呼出氣體酒精含量測(cè)試器Y引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

呼出氣體酒精含量測(cè)試器示值重復(fù)性Y1引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

在重復(fù)性條件下，進(jìn)行10次測(cè)量。每一測(cè)量點(diǎn)根據(jù)測(cè)得值計(jì)算出10次獨(dú)立重復(fù)測(cè)得值的算術(shù)平均值再根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算出每點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差

n：重復(fù)測(cè)量次數(shù)，10次。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 被檢呼出氣體酒精含量測(cè)試器10次測(cè)得值、平均值、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差及不確定度分量

呼出氣體酒精含量測(cè)試器顯示裝置分辨力Y2引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

呼出氣體酒精含量測(cè)試器為數(shù)字顯示測(cè)量?jī)x器，在顯示結(jié)果為BrAC時(shí)，顯示裝置分辨力為0.01mg/L，則其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

呼氣式酒精模擬器B引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

使用移液器將乙醇純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)移入呼氣式酒精模擬器中，3個(gè)移液器依據(jù)JJG646-2006《移液器檢定規(guī)程》檢定合格。

乙醇純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量濃度為99.8％，取其密度為0.790g/mL，則配制500mL酒精溶液時(shí)，0.1mg/L、0.3 mg/L、0.5 mg/L濃度所需酒精分別為0.163mL、0.490mL、0.816mL，移液器容量誤差分布按均勻分布估計(jì)，包含因子

酒精溶液濃度（mg/L）0.1 0.3 0.5酒精體積（mL）0.163 0.490 0.816移液器容量允許相對(duì)誤差±2％ ±1％ ±1％1.15％ 0.58％ 0.58％

容量為500mL的量出式量筒依據(jù)JJG196-2006《常用玻璃量器》檢定合格，其容量允差為±5.0mL，容量誤差按均勻分布估計(jì)，包含因子在容量為500mL時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.58％。

取值為0.790g/mL，忽略其不確定度。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)，其質(zhì)量濃度為99.8％， U=0.3％，k=2，則其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.15％。

呼氣式酒精模擬器B引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表見(jiàn)表2。

表2 呼氣式酒精模擬器B引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

測(cè)量誤差擴(kuò)展不確定度一覽表

測(cè)量點(diǎn)0.1mg/L 0.3mg/L 0.5mg/L（mg/L）0.00221 0.00221 0.00224（mg/L）0.00289 0.00289 0.00289（mg/L）0.00130 0.00249 0.00415（mg/L）0.0039 0.0044 0.0055 U（k=2）（mg/L）0.0078 0.0088 0.011

測(cè)量誤差的不確定度與表示

呼出氣體酒精含量探測(cè)器在0.1mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L這3個(gè)測(cè)量點(diǎn)示值誤差的的擴(kuò)展不確定度分別為：

U=78×10-4mg/L（0.1mg/L測(cè)量點(diǎn)）

U=88×10-4mg/L（0.3mg/L測(cè)量點(diǎn)）

U=11×10-3mg/L（0.5mg/L測(cè)量點(diǎn)）

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.061