運(yùn)用測量系統(tǒng)提高在線水分儀測量的準(zhǔn)確度和精密度研究

狄曉亞 谷超林

【摘 要】在線水分儀是實(shí)時(shí)、快速和連續(xù)測量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的重要測量工具，在線水分儀測量準(zhǔn)確度和精密度直接影響煙絲含水率的控制質(zhì)量，因此提高在線水分儀的測量準(zhǔn)確度和精密度至關(guān)重要?，F(xiàn)行水分儀校準(zhǔn)方式，主要以在線水分儀檢測數(shù)值與烘箱檢測水分值的偏差大小是否超出標(biāo)準(zhǔn)限值為依據(jù)。測量系統(tǒng)分析是用于評估測量系統(tǒng)，是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法來分析、研究測量系統(tǒng)中的各個(gè)變差源、給出測量系統(tǒng)能否滿足使用要求的明確判斷，測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性為保證在線水分儀測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】在線水分儀；測量系統(tǒng)分析；準(zhǔn)確度；精密度

【中圖分類號】TS47 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0093-02

1 材料與方法

1.1 煙絲材料和試驗(yàn)儀器

煙絲材料：正常生產(chǎn)的長白山（硬紅）烤煙型配方煙絲。試驗(yàn)儀器：TM710e紅外水分儀、YLC-233B1干燥箱。

1.2 原理與方法

由于在線紅外水分儀測量物料（煙葉、煙絲、煙梗、梗絲等）的動(dòng)態(tài)性及不可重復(fù)性，因此無法使用常規(guī)測量系統(tǒng)的分析方法來進(jìn)行能力的分析評價(jià)。本實(shí)驗(yàn)以烘箱干燥法測量的結(jié)果為依據(jù)，并參考破壞性的測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，計(jì)算測量儀器的波動(dòng)，參考測量系統(tǒng)判斷準(zhǔn)則，對在線水分儀的測量能力進(jìn)行分析、評價(jià)。

在線水分儀的校準(zhǔn)通常是以烘箱干燥法測量的含水率作為標(biāo)準(zhǔn)，烘箱法測量值和水分儀顯示值之間的誤差以不超過工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的最大誤差0.3%作為校準(zhǔn)依據(jù)。

|M烘-M示|≤△M（1）

公式（1）中，M烘指烘箱法測量值；M示指在線水分儀顯示值；△M指工藝要求的誤差。

由測量系統(tǒng)分析的方法看，水分儀顯示值和烘箱測量值之間的誤差僅能說明水分儀的準(zhǔn)確性，即偏倚的大小，而其精確性根據(jù)《卷煙工藝規(guī)范》，用水分儀的探測精度來度量。

公式（2）中，S指探測精度；Xi指第i次含水率烘箱法測量值；Yi指第i次含水率顯示值；n指檢測次數(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%）在線水分儀精度要求≤0.3%。

探測精度一定程度上反映了水分儀的測量波動(dòng)，但測量系統(tǒng)是否能可靠地反映煙草物料含水率本身的過程波動(dòng)，并不能夠從探測精度上得到結(jié)論。

評價(jià)測量系統(tǒng)能力的方法通常有以下2種。

（1）測量系統(tǒng)波動(dòng)R&R與總波動(dòng)之比進(jìn)行度量，通常記為P/TV。

（2）測量系統(tǒng)的R&R與測量對象的質(zhì)量特性值容差之比進(jìn)行度量，通常記為P/T。

測量系統(tǒng)能力判斷準(zhǔn)則見表1。

測量系統(tǒng)的波動(dòng)需要對被測量的樣品進(jìn)行重復(fù)測量，但對在線水分儀來說，受環(huán)境和在線水分儀特性等因素的影響，在同一臺在線水分儀下對同一物料（煙葉、煙絲、梗絲等）進(jìn)行重復(fù)性測試是不可能的，但又與一般破壞性試驗(yàn)的測量系統(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，可以參考烘箱干燥法校準(zhǔn)在線水分儀的方法，將烘箱干燥法的測量值作為標(biāo)準(zhǔn)值，得到烘箱干燥法測量值和在線水分儀顯示值之間的差值，即可認(rèn)為是在線水分儀的波動(dòng)σs，也就是測量系統(tǒng)的波動(dòng)σms，而烘箱干燥法測量的樣品之間的絕對誤差，則能夠反映測量對象的波動(dòng)σP，那么過程輸出的總方差為σT。

σT2=σP+σms（5）

由此估算系統(tǒng)的P/TV和P/T，再根據(jù)表1描述的準(zhǔn)則，定量考察水分儀的測量能力充分與否。

2 結(jié)果與分析

以長白山（硬紅）烘絲機(jī)出口水分儀為例，取樣數(shù)值范圍較大，基本涵蓋了烘絲機(jī)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，記錄烘箱法測量的含水率，測量結(jié)果見表2。

2.1 計(jì)算測量系統(tǒng)的偏倚和波動(dòng)

由于烘箱法測量含水率是標(biāo)準(zhǔn)值，因此可以認(rèn)為2組數(shù)據(jù)的差異是由測量誤差造成的，計(jì)算水分儀示值和烘箱法測量值的差。含水率測試結(jié)果見表3，將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到表3數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

在線紅外水分儀受環(huán)境及其自身測量特性的影響，無法對抽取樣品進(jìn)行重復(fù)性測量。只能以烘箱干燥法測量含水率為基準(zhǔn)，運(yùn)用測量系統(tǒng)分析的方法計(jì)算在線水分儀波動(dòng)，根據(jù)測量系統(tǒng)能力判斷準(zhǔn)則來判斷在線紅外水分儀的測量能力，來保證測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性，比傳統(tǒng)的測量誤差的方法，更具有全面性、合理性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳尊高.測量系統(tǒng)分析[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，

2004.

[2]董雙財(cái).測量系統(tǒng)分析——理論、方法和應(yīng)用[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2006.

[3]王建騰，李松.用于煙草水分檢測的兩種紅外水分儀[J].計(jì)測技術(shù)，2006（26）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]