中等溫度條件下潤滑油泡沫特性的不確定度評(píng)定

侯大慶

(山西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，山西 太原 030012)

引 言

泡沫特性指油品生成泡沫的傾向及泡沫的穩(wěn)定性。潤滑油在實(shí)際使用中，由于受到振蕩、攪動(dòng)等作用，使空氣進(jìn)入潤滑油中，以至形成氣泡，因此要求評(píng)定油品生成泡沫的傾向性和泡沫穩(wěn)定性。中等溫度條件下泡沫特性是指測(cè)量潤滑油泡沫特性的測(cè)量溫度小于100 ℃時(shí)的溫度。本文通過對(duì)影響中等溫度下泡沫特性測(cè)量不確定度的影響因素進(jìn)行分析、計(jì)算和比較，從而找出影響測(cè)量結(jié)果的主要因素，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要儀器及工作參數(shù)

潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)SYP3006-1，上海神開石油儀器有限公司；量筒；溫度計(jì)；擴(kuò)散頭。

環(huán)境溫度，相對(duì)濕度。分辨率10 mL測(cè)量范圍在0 mL～1 000 mL時(shí)的最大允許誤差值為±5 mL。

1.2 原理及方法

試樣在24 ℃時(shí)，用恒定流速的空氣吹氣5 min，然后靜止10 min。在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，分別測(cè)定試樣中泡沫的體積。取第二份試樣，在93.5 ℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)泡沫消失后，再在24 ℃下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

2 測(cè)量模型

根據(jù)GB/T12579-2002《潤滑油泡沫特性測(cè)定法》[1]，潤滑油泡沫特性測(cè)量數(shù)值直接由測(cè)試儀器讀取，屬于直接測(cè)量，按照公式(1)計(jì)算。

V/V1=I/I1

(1)

式中，V為樣品潤滑油泡沫傾向測(cè)定值，mL；V1為樣品潤滑油泡沫穩(wěn)定性測(cè)定值，mL；I為潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)泡沫傾向測(cè)得值,mL；I1為潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)泡沫穩(wěn)定性測(cè)得值,mL。

3 測(cè)量不確定度的來源

1) A類不確定度：重復(fù)測(cè)量引入的不確定度。

2) B類不確定度：

①潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)誤差引入的不確定度；

②溫度測(cè)量誤差引入的不確定度；

③油樣中通入空氣流量誤差引入的不確定度；

④油樣中通入空氣體積誤差引入的不確定度；

⑤計(jì)時(shí)誤差引入的不確定度。

4 不確定度分量評(píng)定

4.1 A類不確定度的評(píng)定

測(cè)量重復(fù)性影響引入的不確定度用A類不確定度評(píng)定。按照測(cè)量方法要求，在重復(fù)性條件下，本次實(shí)驗(yàn)使用CF 5W-30潤滑油樣品對(duì)其中等溫度下泡沫特性進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)性測(cè)量，潤滑油在中等溫度下泡沫特性重復(fù)性測(cè)定結(jié)果見第79頁表1。

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(V)用貝塞爾公式[見式(2)]計(jì)算。

(2)

表1 潤滑油泡沫特性重復(fù)性測(cè)定結(jié)果

A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(A)用平均値的標(biāo)準(zhǔn)偏差[計(jì)算見式(3)]。

(3)

A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(A)計(jì)算見式(4)。

(4)

根據(jù)公式(2)、(3)、(4)計(jì)算得到測(cè)量重復(fù)性影響A類不確定度，數(shù)據(jù)見表2。

表2 測(cè)量的重復(fù)性引入的不確定度

4.2 B類不確定度的評(píng)定

4.2.1 潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)誤差引入的不確定度u1(V)

u1(V)=a1/k1[2-3]

(5)

由此引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 潤滑油泡沫特性實(shí)驗(yàn)機(jī)誤差引入的不確定度

4.2.2 溫度測(cè)量誤差引入的不確定度u2(V)

u2(V)=a2/k2[2-3]

(6)

由此引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算見式(7)。

[2-3]

(7)

式中T為測(cè)量溫度，℃。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 溫度測(cè)量誤差引入的不確定度

4.2.3 油樣中通入空氣流量誤差引入的不確定度u3(V)

u3(V)=a3/k3[2-3]=2.886 8

(8)

實(shí)驗(yàn)過程中控制空氣流量為94 mL/min，空氣流量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算見式(9)。

(9)

4.2.4 油樣中通入空氣體積誤差引入的不確定度u4(V)

u4(V)=a4/k4[2-3]=14.433 8

(10)

實(shí)驗(yàn)過程中通入試樣油的空氣體積為470 mL，則空氣體積引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算見式(11)。

(11)

4.2.5 計(jì)時(shí)誤差引入的不確定度u5(V)

u5(V)=a5/k5[2-3]=0.577 4

(12)

實(shí)驗(yàn)過程計(jì)時(shí)時(shí)間為5 min/10 min，則計(jì)時(shí)誤差引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算見式(13)。

(13)

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

對(duì)于直接測(cè)量，各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量通常是互不相關(guān)的，所以合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(14)合成。

(14)

潤滑油泡沫特性測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式見式(15)。

(15)

通過式(14)、式(15)計(jì)算可以得到測(cè)量合成不確定度。

1) 前24 ℃實(shí)驗(yàn)條件下

泡沫傾向合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

泡沫穩(wěn)定性合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2) 93.5 ℃試驗(yàn)條件下

泡沫傾向合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

泡沫穩(wěn)定性合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3) 后24 ℃條件下

泡沫傾向合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

泡沫穩(wěn)定性合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

數(shù)據(jù)匯總見表5。

表5 測(cè)量合成不確定度

6 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度可由式(16)計(jì)算。

U=kuc[2]

(16)

式中：k為包含因子。

置信概率取P=95%，k=2。經(jīng)計(jì)算，本次測(cè)定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，數(shù)據(jù)見表6。

表6 測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

7 不確定度報(bào)告

通過對(duì)潤滑油CF 5W-30泡沫特性的測(cè)量，當(dāng)置信概率P=95%，包含因子k=2時(shí)，本次測(cè)定結(jié)果見表7。

表7 測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)量方法的重復(fù)性限為:

r(程序Ⅰ和程序Ⅱ)=10+0.22X[1]

r(程序Ⅲ)=15+0.33X[1]

再現(xiàn)性限為:

r(程序Ⅰ和程序Ⅱ)=15+0.45X[1]

r(程序Ⅲ)=35+1.01X[1]

所以本次結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

8 結(jié)論

潤滑油中等溫度下泡沫特性測(cè)定的不確定度評(píng)定。

通過對(duì)潤滑油中等溫度下泡沫特性不確定度分量的測(cè)定得出，影響泡沫傾向性擴(kuò)展不確定度的主要分量依次為：潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)的誤差、測(cè)量的重復(fù)性、空氣體積和空氣流量；國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定泡沫穩(wěn)定性不大于0，所以，對(duì)于合格的成品潤滑油其泡沫穩(wěn)定性為0，其泡沫穩(wěn)定性的擴(kuò)展不確定度就為0。

開展?jié)櫥椭械葴囟认屡菽匦缘臏y(cè)定，潤滑油泡沫特性試驗(yàn)機(jī)應(yīng)檢定合格，實(shí)驗(yàn)結(jié)果要滿足精密度要求，定期校準(zhǔn)空氣流量計(jì)。