車用窗簾布遮光率測試不確定度的分析

馬 玲，黃 楊，張小琪，沈悅明

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海200040）

0 引言

窗簾的遮光率是指一定強度的光（模擬日照）照射到試驗樣品的陽光照射面，通過測試光線透過試樣的發(fā)光照度與無試樣時所得的照度進行比較，計算其遮光率。車用窗簾相比于家用窗簾來說，對其遮光率的要求更高，所用材質(zhì)也與家用窗簾有所不同。車用窗簾不僅需要有優(yōu)異的阻燃性能和耐曬性能，還需要有較好的遮光性能，只有同時具備這些條件才可體現(xiàn)出車用的舒適性和安全性。

車用窗簾織物的遮光率受到多種因素的影響，如織物的色彩、緊密度及厚度，它們都與遮光率有很大的關(guān)系[1]。為保證試驗結(jié)果的穩(wěn)定性，本文選用常用的平紋組織車用窗簾黑色織物（該織物具有0.4 mm循環(huán)數(shù)為10的經(jīng)緯紗，且經(jīng)緯密均為500 根/10 cm）進行測試。

測量車用窗簾布遮光率不確定度的意義主要在于對遮光率測試結(jié)果的肯定程度，證明結(jié)果的可依賴性。當(dāng)測試出結(jié)果的不確定度越小，說明其檢測結(jié)果的可信程度越高，其利用價值也越高；當(dāng)測試出結(jié)果的不確定度相對較大，說明其結(jié)果的可信程度較弱，試驗存在較多的不穩(wěn)定因素。因此，對窗簾布的遮光率進行測試不僅可增加測試的可信度，還能夠增強測試結(jié)果的相比較性。

1 測試原理與方法

1.1 儀器與設(shè)備

試驗所用儀器為日本大榮科學(xué)精器制作所生產(chǎn)的LBC-10A遮光性試驗機（見圖1），光源鹵電燈球電壓為100 V，功率為500 W，照度計的試驗范圍為0.01～l 00 000 lx，照度計精度為±2%。

圖1 LBC-10A遮光性試驗機

1.2 測試方法

參照FZ/T 62025—2015《卷簾窗飾面料》進行試驗。通過穩(wěn)定且具有一定強度的光量照射在試樣的陽光照射面，測量光線透過試樣的發(fā)光照度，與無試樣時的照度相比較，計算出遮光率。

首先調(diào)整儀器的狀態(tài)，進行零點校正，通過旋轉(zhuǎn)光源照度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)光源照度，并在光源照度顯示值為100 000×（1±5%）lx 的狀態(tài)進行測試。平鋪試樣（確保試樣表面處于平整、無褶皺的狀態(tài)），將試樣接觸光照的一面朝上，并用壓圈將試樣壓住，在試驗箱上方受光圓孔的上部測定試樣透過光線的強度。

1.3 原材料選擇與取樣方法

車用窗簾黑色織物，具有0.4 mm循環(huán)數(shù)為10的經(jīng)緯紗，組織為平紋組織，經(jīng)緯密均為500根/10 cm。試驗所用試樣的規(guī)格為20 cm×20 cm，共20 組，每組試樣3塊，成分均為100%聚酯纖維。取樣時，應(yīng)在距離面料末端大于1 m、距布邊大于1/10 幅寬處隨機取樣，且樣品應(yīng)參照GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗用標(biāo)準(zhǔn)大氣》要求在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進行調(diào)濕。

2 不確定度評定模型

可按式（1）建立不確定度評定的數(shù)學(xué)模型。

式中：

T——遮光率；

i1——試樣安裝后的照度值,lx；

i0——無試樣時的照度值，lx。

2.1 測量不確定度的來源與分析

測試遮光率的不確定度主要包括獲取樣品、遮光率儀器、重復(fù)操作與測試及數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度。其中，隨機因素產(chǎn)生的不確定度為樣品的隨機因素產(chǎn)生的不確定度，主要包括樣品重復(fù)操作帶來的隨機因素和樣品的均勻性帶來的隨機因素。儀器誤差產(chǎn)生的不確定度為系統(tǒng)不確定度，主要包括儀器產(chǎn)生的基本偏差（照度計的不確定度）和數(shù)值修約引入的不確定度[2]。不確定度的主要構(gòu)成部分見圖2。

圖2 不確定度主要構(gòu)成部分

2.2 隨機效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度

重復(fù)性測試與樣品的均勻性產(chǎn)生的不確定度需要一定的數(shù)據(jù)進行測試方可獲得。本文對20塊相對穩(wěn)定的面料進行測試，每塊樣品測試3 次，對隨機因素產(chǎn)生的A類不確定度進行測試，并對獲得的數(shù)據(jù)進行處理、分析。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求對樣品進行觀察測試、分析，共獲得20組（i1～i20）、每組3個（i1～i3），共計60個觀測值，詳見表1。

表1 20組試樣的照度值

表2 20組試樣的遮光率

A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定方法有很多種，相對比較常見的是用貝塞爾法和極差法進行數(shù)據(jù)處理。由于本文采取的測量數(shù)據(jù)次數(shù)大于10 次，所以采取貝塞爾法進行數(shù)據(jù)處理以及分析，且貝塞爾計算的不確定度可信度相對比較高。

由貝塞爾法計算重復(fù)性引入不確定度ua。先分別計算20組觀測值的試驗標(biāo)準(zhǔn)差sj（xk）。由于每組包含的測量次數(shù)均為3次，總共試驗次數(shù)為60次，通過計算得出的試驗測試平均值為98.490%。因此，合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差sp（xk）可以按式（2）進行計算，從而得出試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.060 44。

式中：

j——第j組；

k——第k次。

同時，按式（3）計算60組數(shù)據(jù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即可得出由試樣的均勻性與重復(fù)操作產(chǎn)生的不確定度Ua。式中N代表試驗次數(shù)，由于計算的最終獲得結(jié)果為20組，因此，N取20。

2.3 儀器基本誤差引入的不確定度ub1

根據(jù)LBC-10A 遮光性試驗機的檢定證書查得，其不確定度為±2%。由于系統(tǒng)不確定度分布包括均勻分布、正態(tài)分布、反正弦分布、三角分布、梯形分布，而儀器產(chǎn)生的誤差又比較穩(wěn)定，在[-2,2]之間波動，因此儀器產(chǎn)生的基本誤差可使用均勻分布進行計算。根據(jù)LBC-10A 遮光性試驗機的檢定證書查得，其不確定度為±2%，擴展因子k=2，因此相對不確定度：urel。

儀器基本誤差引入的不確定度可以按ub1=urel×xˉ進行計算，即：ub1=。將相對不確定度urel,b1及20 組數(shù)據(jù)的平均值98.49%代入后計算得到ub1=1.137 3。

2.4 數(shù)值修約引入的不確定度ub2

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，遮光率測試結(jié)果應(yīng)修約至整數(shù)。因此數(shù)值修約引入的不確定度ub2可以按ub2=進行計算，式中a為1,平均值為98.49%。計算得到數(shù)值修約引入的不確定度ub2=0.284 3。

2.5 合成不確定度

由于隨機因素產(chǎn)生的不確定度，以及儀器誤差、數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度為獨立不相關(guān)關(guān)系，因此其合成不確定度按式（4）進行計算，并將ua、ub1、ub2不確定度分量代入來計算其合成不確定度，計算得出合成不確定度為uc=1.172 0

2.6 擴展不確定度

擴展不確定度計算的目的，主要是使遮光率測試的結(jié)果大部分分布于此區(qū)間內(nèi)。通常情況下，擴展不確定度是由合成不確定度和擴展倍數(shù)的乘積計算獲得的，其本質(zhì)主要是合成不確定度擴展K倍得到的結(jié)果，即：u=uc×K 。其中，K 為包含因子，一般情況下K是根據(jù)置信區(qū)間來選擇的，而置信區(qū)間主要用于排除一些特殊情況造成的可信程度，對于大部分試驗來說，主要是隨機因素和一些偶然因素的存在。

一般情況下，當(dāng)選擇95%的置信水平時，K值為2。除非是特別穩(wěn)定的試驗，其置信水平能夠達到99%，才會選擇K 值為3。本試驗選擇K 值為2 時，所得擴展不確定度u 值為2.345 0。

3 結(jié)論

（1）對于車用窗簾織物來說，操作的隨機性與樣品的隨機性對樣品的不確定度影響較大，因此在操作過程中要盡可能保持樣品的均勻性，避開操作的差異性和樣品的褶皺與布邊。

（2）儀器基本誤差產(chǎn)生的不確定度相對較高，雖然數(shù)值的修約對數(shù)據(jù)的最終結(jié)果影響不大，但儀器的基本誤差對不確定度的影響相對較大，因此在操作儀器的時候要注意光源電燈球的穩(wěn)定性。

（3）樣品的不確定度與樣品結(jié)構(gòu)有關(guān)，選用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、差異性較小的織物獲得的不確定度結(jié)果較??；對于樣品結(jié)構(gòu)差異性較大的織物來說，可能得到的不確定度數(shù)據(jù)偏大。