車用窗簾布遮光率測(cè)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(yàn)技術(shù)研究院，上海200040）

0 引言

窗簾的遮光率是指一定強(qiáng)度的光（模擬日照）照射到試驗(yàn)樣品的陽(yáng)光照射面，通過(guò)測(cè)試光線透過(guò)試樣的發(fā)光照度與無(wú)試樣時(shí)所得的照度進(jìn)行比較，計(jì)算其遮光率。車用窗簾相比于家用窗簾來(lái)說(shuō)，對(duì)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(shí)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(yàn)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(jìn)行測(cè)試。

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

1 測(cè)試原理與方法

1.1 儀器與設(shè)備

試驗(yàn)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(yàn)機(jī)（見(jiàn)圖1），光源鹵電燈球電壓為100 V，功率為500 W，照度計(jì)的試驗(yàn)范圍為0.01～l 00 000 lx，照度計(jì)精度為±2%。

圖1 LBC-10A遮光性試驗(yàn)機(jī)

1.2 測(cè)試方法

參照FZ/T 62025—2015《卷簾窗飾面料》進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)穩(wěn)定且具有一定強(qiáng)度的光量照射在試樣的陽(yáng)光照射面，測(cè)量光線透過(guò)試樣的發(fā)光照度，與無(wú)試樣時(shí)的照度相比較，計(jì)算出遮光率。

首先調(diào)整儀器的狀態(tài)，進(jìn)行零點(diǎn)校正，通過(guò)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(jìn)行測(cè)試。平鋪試樣（確保試樣表面處于平整、無(wú)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(yàn)箱上方受光圓孔的上部測(cè)定試樣透過(guò)光線的強(qiáng)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(yàn)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(shí)，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(jī)取樣，且樣品應(yīng)參照GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》要求在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行調(diào)濕。

2 不確定度評(píng)定模型

可按式（1）建立不確定度評(píng)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(wú)試樣時(shí)的照度值，lx。

2.1 測(cè)量不確定度的來(lái)源與分析

測(cè)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(cè)試及數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度。其中，隨機(jī)因素產(chǎn)生的不確定度為樣品的隨機(jī)因素產(chǎn)生的不確定度，主要包括樣品重復(fù)操作帶來(lái)的隨機(jī)因素和樣品的均勻性帶來(lái)的隨機(jī)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(jì)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(jiàn)圖2。

圖2 不確定度主要構(gòu)成部分

2.2 隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度

重復(fù)性測(cè)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(jìn)行測(cè)試方可獲得。本文對(duì)20塊相對(duì)穩(wěn)定的面料進(jìn)行測(cè)試，每塊樣品測(cè)試3 次，對(duì)隨機(jī)因素產(chǎn)生的A類不確定度進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)樣品進(jìn)行觀察測(cè)試、分析，共獲得20組（i1～i20）、每組3個(gè)（i1～i3），共計(jì)60個(gè)觀測(cè)值，詳見(jiàn)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(píng)定方法有很多種，相對(duì)比較常見(jiàn)的是用貝塞爾法和極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于本文采取的測(cè)量數(shù)據(jù)次數(shù)大于10 次，所以采取貝塞爾法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及分析，且貝塞爾計(jì)算的不確定度可信度相對(duì)比較高。

由貝塞爾法計(jì)算重復(fù)性引入不確定度ua。先分別計(jì)算20組觀測(cè)值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sj（xk）。由于每組包含的測(cè)量次數(shù)均為3次，總共試驗(yàn)次數(shù)為60次，通過(guò)計(jì)算得出的試驗(yàn)測(cè)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(jìn)行計(jì)算，從而得出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.060 44。

式中：

j——第j組；

k——第k次。

同時(shí)，按式（3）計(jì)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(yàn)次數(shù)，由于計(jì)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(yàn)機(jī)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(dòng)，因此儀器產(chǎn)生的基本誤差可使用均勻分布進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)LBC-10A 遮光性試驗(yàn)機(jī)的檢定證書查得，其不確定度為±2%，擴(kuò)展因子k=2，因此相對(duì)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(jìn)行計(jì)算，即：ub1=。將相對(duì)不確定度urel,b1及20 組數(shù)據(jù)的平均值98.49%代入后計(jì)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(cè)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(jìn)行計(jì)算，式中a為1,平均值為98.49%。計(jì)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(jī)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(dú)立不相關(guān)關(guān)系，因此其合成不確定度按式（4）進(jìn)行計(jì)算，并將ua、ub1、ub2不確定度分量代入來(lái)計(jì)算其合成不確定度，計(jì)算得出合成不確定度為uc=1.172 0

2.6 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度計(jì)算的目的，主要是使遮光率測(cè)試的結(jié)果大部分分布于此區(qū)間內(nèi)。通常情況下，擴(kuò)展不確定度是由合成不確定度和擴(kuò)展倍數(shù)的乘積計(jì)算獲得的，其本質(zhì)主要是合成不確定度擴(kuò)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(lái)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(duì)于大部分試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，主要是隨機(jī)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(shí)，K值為2。除非是特別穩(wěn)定的試驗(yàn)，其置信水平能夠達(dá)到99%，才會(huì)選擇K 值為3。本試驗(yàn)選擇K 值為2 時(shí)，所得擴(kuò)展不確定度u 值為2.345 0。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于車用窗簾織物來(lái)說(shuō)，操作的隨機(jī)性與樣品的隨機(jī)性對(duì)樣品的不確定度影響較大，因此在操作過(guò)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(duì)較高，雖然數(shù)值的修約對(duì)數(shù)據(jù)的最終結(jié)果影響不大，但儀器的基本誤差對(duì)不確定度的影響相對(duì)較大，因此在操作儀器的時(shí)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(duì)于樣品結(jié)構(gòu)差異性較大的織物來(lái)說(shuō)，可能得到的不確定度數(shù)據(jù)偏大。