Ⅱ級(jí)生物安全柜下降氣流流速測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

【摘要】 生物安全柜是微生物實(shí)驗(yàn)室的必需品，其不僅能對(duì)操作者提供保護(hù)措施，還能在進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)時(shí)提供無(wú)菌無(wú)塵的工作環(huán)境。為了保證操作人員在操作生物安全柜過(guò)程中不受細(xì)菌的侵害，生物安全柜的各項(xiàng)指標(biāo)需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。本文對(duì)生物安全柜的下降氣流流速測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，給出測(cè)量結(jié)果的不確定度。

【關(guān)鍵詞】 生物安全柜;下降氣流;重復(fù)性;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.012

Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Downflow Velocity of ClassⅡ Biosafety Cabinets

MA Jun

（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）

Abstract： The biosafety cabinet is a necessity of microbiological laboratory. It can not only provide protection measures for operators，but also provide a sterile and dust-free working environment for bacterial culture. In order to protect operators from bacteria，the indicators of biosafety cabinet need to be calibrated regularly. This article evaluated the uncertainty in measurement results of downflow velocity of biosafety cabinet，provided the uncertainty of measurement results.

Key words： biosafety cabinet;downflow;repeatability;uncertainty

測(cè)量Ⅱ級(jí)生物安全柜的下降氣流流速，可以使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具進(jìn)行直接測(cè)量，且測(cè)量結(jié)果受溫度、濕度、壓力等環(huán)境因素的影響可以忽略不計(jì)。因此，本文主要分析測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的不確定度分量，并對(duì)其進(jìn)行不確定評(píng)定。

1 測(cè)量方法

1.1 測(cè)量與評(píng)定依據(jù)

JJF 1815-2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。

1.2 環(huán)境條件

環(huán)境溫度：（15～30） ℃;濕度：≤70% RH。

1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)速儀，測(cè)量范圍為（0～2） m/s，最大允許誤差為±0.015 m/s。

1.4 被測(cè)對(duì)象

Ⅱ級(jí)生物安全柜的下降氣流流速，下降氣流平均流速應(yīng)在（0.25～0.40） m/s之間。

1.5 測(cè)量過(guò)程

按照J(rèn)JF 1815-2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》7.2要求，在生物安全柜的工作區(qū)上方高于前窗操作口上沿100 mm的水平面上確定測(cè)量點(diǎn)位置，然后多點(diǎn)測(cè)量穿過(guò)該平面的下降氣流流速。測(cè)量區(qū)域邊界與生物安全柜的內(nèi)壁及前窗操作口的距離為150 mm，設(shè)置3排測(cè)量點(diǎn)，每排測(cè)量7個(gè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量3次，測(cè)量點(diǎn)等距均勻分布。用風(fēng)速儀探頭準(zhǔn)確定位在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

2 數(shù)學(xué)模型

[v=13ni=1nj=13vij] （1）

式中：[v]——平均下降氣流流速，m/s;

[vij]——每個(gè)測(cè)量點(diǎn)單次測(cè)量的下降氣流流速，m/s;

[n]——測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量。

3 不確定來(lái)源分析

根據(jù)公式（1）數(shù)學(xué)模型以及測(cè)量方法分析，測(cè)量結(jié)果的不確定度主要來(lái)源于以下三方面：1）測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u1];2）標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具風(fēng)速儀的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u2];3）標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具風(fēng)速儀本身引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u3]。

4 下降氣流流速測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

4.1 重復(fù)性引入的不確定度分量[u1]

使用風(fēng)速儀在安全柜的21個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量10次（測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1），測(cè)量值的平均值為0.32 m/s。對(duì)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性進(jìn)行分析。

合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差按照公式（2）計(jì)算。

[sp=j=1mk=1n（vkj-vj）2m（n-1）] （2）

式中：m——測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量;

n——每個(gè)測(cè)量點(diǎn)包含的測(cè)量次數(shù);

[vkj]——第j個(gè)測(cè)量點(diǎn)第k次的測(cè)量值，m/s;

[vj]——第j個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量值的算術(shù)平均值，m/s。

通過(guò)公式（2）計(jì)算得到合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

[sp=0.007] m/s

由于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)實(shí)際測(cè)量3次，因此得到重復(fù)性引入的不確定度分量[u1]為：

[u1=spn=0.0073=0.004] m/s

4.2 風(fēng)速儀的分辨力引入的不確定度分量[u2]

風(fēng)速儀的分辨力為0.01 m/s，分散區(qū)間的半寬為0.005 m/s，按照均勻分布計(jì)算，得到分辨力引入的不確定度分量為：

[u2=0.0053=]0.0029 m/s

根據(jù)JJF 1033-2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》可知，當(dāng)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量時(shí)，可以不考慮分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，所以，分辨力引入的不確定度分量[u2]在標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成時(shí)可不必列入。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u3]

風(fēng)速儀的最大允許誤差為±0.015 m/s，按照均勻分布計(jì)算，得到：

[u3=0.0153=0.009] m/s

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表見(jiàn)表2。

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定的[uc]

由于標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u1]、[u3]之間是相互獨(dú)立的，所以得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

[uc=u21+u23]=0.0096 m/s

7 擴(kuò)展不確定度[U]

取包含因子k=2，則

[U=k×uc=0.02] m/s

8 不確定度的報(bào)告

被校準(zhǔn)生物安全柜的下降氣流流速測(cè)量結(jié)果為0.32 m/s，測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

[U=0.02] m/s [（k=2）]

9 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)生物安全柜的下降氣流流速測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析評(píng)定，給出了下降氣流流速的測(cè)量結(jié)果和測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，明確了測(cè)量結(jié)果的不確定度范圍，為有效評(píng)價(jià)生物安全柜的下降氣流流速的校準(zhǔn)結(jié)果提供了方法，為Ⅱ級(jí)生物安全柜的安全使用提供了技術(shù)支撐。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]??? 倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2016.

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[5]??? 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范：JJF 1033-2016[S].

【作者簡(jiǎn)介】

馬駿（1981-），女，講師，碩士，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的教學(xué)和研究。