測量結(jié)果的不確定度評定實例分析

劉海利

中國石化銷售股份有限公司油品技術(shù)研究所

測量不確定度是表征檢測和校準實驗室測量結(jié)果的質(zhì)量參數(shù)，對于一定的測量結(jié)果而言，它的不確定度值越小，其質(zhì)量就越高，使用價值也越高；反之則低。在CNASCL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》中，要求實驗室應(yīng)制定與檢測工作相適應(yīng)的測量不確定度評定程序，對每一項有數(shù)值要求的結(jié)果進行測量不確定度評定。因此，測量不確定度評定在檢測和校準實驗室認可中是一項不可缺少的重要工作[1]。

JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》是評定不確定度最常用、最基本的方法[2]。閉口閃點是輕質(zhì)油品運輸、儲存和使用安全的重要指標，本文以GB/T 261—2008《閃點的測定 賓斯基-馬丁閉口杯法》測量車用柴油閉口閃點不確定度為例，闡述測量閉口閃點不確定度步驟，為實驗室開展所有測量項目結(jié)果的不確定度評定提供參考，提高實驗室檢測能力。

閉口閃點不確定度的評定

方法概要

試驗中一定量的樣品，在規(guī)定的速率下連續(xù)攪拌，并以恒定速率加熱樣品。以規(guī)定的溫度間隔，在終止攪拌的情況下，將火源引入試驗杯開口處，使油蒸氣發(fā)生瞬間閃火，且蔓延至液體表面的最低溫度，即為環(huán)境大氣壓下的閃點，再用公式修正到標準大氣壓下的閃點，以兩次測量結(jié)果（m= 2）的平均值作為測量結(jié)果，精確到0.5 ℃[3]。

數(shù)學模型

式中：

Tc—標準大氣壓下閃點，℃；

T0—環(huán)境大氣壓下的觀測閃點，℃；

p——環(huán)境大氣壓，kPa。

不確定度來源分析

按照方法概要和數(shù)學模型，閉口閃點測量結(jié)果不確定度的主要來源有以下4個方面：

◇重復性測量引入的標準不確定度u1（Tc）。

◇溫度T0引入的標準不確定度u2（T0）。

◇壓力p引入的標準不確定度u3（p）。

◇結(jié)果修約引入的標準不確定度u4（Tc）。

各不確定度分量的評定

重復性測量引入的標準不確定度分量u1（Tc）

車用柴油閉口閃點測量時，試樣量、加熱速率、攪拌速率、試驗過程中溫度計深入位置、溫度計讀數(shù)、壓力表讀數(shù)等隨機因素帶來的不確定度，一并列入重復性測量不確定度分量中進行評定。

試驗用溫度計修正值?T=0.0 ℃，壓力表修正值?p=0.1 kPa，在重復性試驗條件下，對同一試樣獨立重復測量10次，結(jié)果見表1。

表1 閃點重復性測量結(jié)果

依據(jù)格拉布斯法對10組To數(shù)據(jù)進行異常結(jié)果判斷和剔除，數(shù)據(jù)均為非異常結(jié)果。用貝塞爾公式求得單次試驗測量結(jié)果的標準偏差為：

閉口閃點試驗方法要求取兩次測量結(jié)果平均值作為結(jié)果，重復性測量產(chǎn)生的A類標準不確定度分量為：

溫度T0引入的標準不確定度分量u2（T0）

閉口閃點試驗是通過溫度計的讀數(shù)得到閃點測量結(jié)果，因此溫度T0引入的不確定度包括溫度計校準和溫度計示值誤差兩部分。

閉口閃點試驗用溫度計的校準證書提供其擴展不確定度U（T0）=0.50 ℃，k=2。因此，溫度計校準引入標準不確定度分量為：

根 據(jù) GB/T 261—2008《 閃 點的測定 賓斯基-馬丁閉口杯法》對試樣閉口閃點測定要求及附錄C對溫度計規(guī)格要求，選擇溫度范圍為-5 ℃ ～110 ℃，分度值為0.5 ℃，示值允差為±0.5 ℃的溫度計進行測試。假設(shè)為均勻分布，k=31/2，溫度計示值誤差引入的標準不確定度分量為：

因此，溫度T0引入的標準不確定度分量u2（T0）為：

壓力p引入的標準不確定度分量u3（p）

根據(jù)數(shù)學模型可知，壓力p對閉口閃點測量結(jié)果有影響。壓力p是通過壓力表讀取，因此試驗用壓力表會引入不確定度，另外試驗環(huán)境壓力變化也會引入不確定度。

閉口閃點試驗用壓力表檢定證書提供擴展不確定度U（p）=0.1 kPa，k=2。因此壓力表檢定引入壓力標準不確定度分量為

試驗在重復測量過程中，環(huán)境大氣壓力的改變非常微小，所以引起的大氣壓力變化的不確定度在本次評定中予以忽略不計，即：

因此，壓力p引入的標準不確定度為：

結(jié)果修約引入的標準不確定度u4（Tc）

按照JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，修約間隔為δx，則修約后可能引入的最大誤差為δx/2。GB/T 261《閃點的測定 賓斯基-馬丁閉口杯法》要求閃點結(jié)果精確至0.5 ℃，修約引起誤差在±0.25 ℃。假設(shè)為均勻分布，k=31/2，結(jié)果修約引入的標準不確定度為：

計算合成標準不確定度uc（Tc）

根據(jù)數(shù)學模型，求出T0和p標準不確定度的靈敏度系數(shù)：

溫度To對試驗結(jié)果引入的標準不確定度u2（Tc）：

壓力p對試驗結(jié)果引入的標準不確定度u3（Tc）：

閉口閃點各標準不確定度分量匯總見表2。

表2 閉口閃點標準不確定度分量

各標準不確定度分量相互獨立，合成標準不確定度uc（Tc）為：

計算擴展標準不確定度

擴展標準不確定度為：

不確定度結(jié)果報告

試樣的閉口閃點Tc=70.0 ℃，U（Tc）=1.0 ℃，k=2。

結(jié)論

伴隨實驗室檢測或校準結(jié)果科學表述發(fā)展進步，測量結(jié)果不確定度的評定越來越受到實驗室管理者高度關(guān)注，但不確定度在評定的準確性，表達的規(guī)范性等方面，不同管理者理解存在一定不足。因此科學掌握測量不確定度評定方法，準確和規(guī)范表達不確定度，嚴格區(qū)分與控制測量結(jié)果不確定度的影響因素，對提升檢測或校準實驗室管理水平和技術(shù)能力具有益處，同時對推廣不確定度準確應(yīng)用也會發(fā)揮引導作用。