摘要:烘干法水分测定仪是基于烘干原理直接对衡量样品表面分离物或微量水分进行计量分析的仪器。本文对模拟显示烘干法水分测定仪在校准过程中的各影响量进行分析,评定了该类仪器示值误差测量结果的不确定度,为该类仪器校准结果的评估提供依据。
关键词:水分误差;测得值;不确定度
引言
烘干法水分测定仪广泛应用于粮食、烟草、医药、轻工、纺织等行业,用于测量物质水分含量,该类仪器在使用中有若干因素会对示值误差的测量结果产生影响,该类仪器的不确定度评定也困扰了诸多使用者,本文针对主要影响因素进行分析,对模拟显示烘干法水分测定仪示值误差的测量结果进行不确定度评定[1]。
1概述
1.1测量依据
JJG658－2010《烘干法水分测定仪检定规程》。
1.2环境条件
温度(10～30)℃,温度波动＜5℃,相对湿度≤70%RH。
1.3测量标准
(1)F1等级标准砝码,(1mg～200g)。(2)99.994%NACL纯度标准物质,U=0.008%,k=2。
1.4主要配套设备
(5%±0.02%)NACL溶液、○Ⅰ级电子天平,d=0.1mg,e=1mg。
1.5被测对象型号
SH10A,最大秤量为10g,d=e=5mg,准确度等级为○Ⅱ级。
1.6测量方法
衡量装置部分采用直接测量法,烘干装置部分采用间接测量法。
1.7评定结果的使用
在符合上述条件下的测得值,一般可直接使用本不确定度的评定结果[2]。
2测量模型
式中: —水分测定误差;
M—水分测定值,%;
—初始平衡位置;
—烘干后平衡位置;
R—纸预烘后未加NACL溶液前,衡量装置处于平衡位置时,秤量盘上的砝码质量值;
—加NACL溶液后,初始平衡时,秤盘上砝码的质量值;
—烘干后,为使衡量装置平衡而向衡量装置上添加砝码的质量值;
—5%NACL标准溶液的水分标准值,为95%[3]。
3各输入量的标准不确定度评定
从测量模型可知,影响测得值的输入量有6个分量,其中Ｒ、 、 为标准砝码质量, 、 为水分测定标尺读数, 为标准NACL的水分含量。
3.1输入量Ｒ、 、 标准不确定度分量 的评定
3.1.1输入量Ｒ、为水测定仪加热前秤盘上的砝码质量,根据检定实际操作过程,可知Ｒ值范围(9~10)g, 取值范围(5.1~5.2)g,本评定以10g、5g的级砝码 的标准不确定度作为Ｒ、 的标准不确定度[4]。(B类)
/10g、/5g砝码的最大允许误差MPE分别为:0.2mg、0.16mg,根据JJG99－2006《砝码检定规程》,其扩展不确定度为最大允许误差MPE的1/3,分别为U=0.2/3(mg)、0.16/3(mg),k=2,故有:
/10g砝码质量的的标准不确定度分量:u(Ｒ)=U/k=0.033mg
/5g砝码质量的标准不确定度分量:u(r1)=U/k=0.027mg
故有:u(Ｒ)=0.033mg,u(Ｒ)=0.027mg。
3.1.2输入量为 烘干所失的水分质量,其标准不确定度 来源,由砝码质量的标准不确定度 ,及水分测定仪水分测得值的重复性 构成。
(1) 取值范围约5g,本评定以5g的砝码的标准不确定度 作为质量的标准不确定度,有 = =0.027mg
(2)水分测定仪水分测得值的重复性 (A类)。用5gNaCl标准溶液(5%),在重复性条件下进行三次测量,实验数据如表1。
表1水分测得值重复性(5gNACL标准溶液)
测量序号 NACL溶液质量值(g) 水分测得值(%)
1 5.162 94.82%
2 5.153 94.92%
3 5.150 94.91%
NACL溶液平均质量值(g)=5.155g
水分测得值极差Ｒ=0.11%
测量次数n=3,采用极差法评定获得实验标准差。
极差Ｒ=0.10%,根据JJF1059.1－2012《测量不确定度评定与表示》表1查得极差系数C=1.69,单次实验标准差:
根据JJG658－2010《烘干法水分测定仪检定规程》,以单次测得值为水分项目检定结果,故以单次实验标准差为为水分测量的A类标准不确定度:
则烘干所失水分质量的标准不确定:
3.2水分测定仪标尺读数 、 的标准不确定度分量 的评定
标尺读数的标准不确定度分量,主要来源于水分测定仪衡量装置的测量重复性、分辨力、偏载误差。
3.2.1标尺读数重复性引起的标准不确定度 (A类)
用10g砝码在重复性条件下对水分测定仪进行10次连续测量。得到测量列,见表2。用白塞尔公式计算出测量列的标准差。
表2标尺读数重复性试验测量列
测量序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
平衡位置读数(分度) 0.0 0.2 0.2 0.0 0.0 0.4 0.0 0.2 0.0 0.2
测量列的单次测量标准差s=0.14(分度)
根据JJG685－2010《烘干法水分测定仪检定规程》,标尺读数以读取1次的数据为准,故单次测量标准差即为标尺读数重复性引起的标准不确定度。
该水分测定仪的分度值d=5mg,则:s=0.14×5=0.7mg, =0.7mg
3.2.2分辨力引起的标准不确定度
水分测定仪的衡装置部分,实际上是一台模拟式衡量仪器,对于标尺分度值d=e的模拟式衡量仪器,由于分辨力引起的不确定度为:水分测定仪的衡装置部分,实际上是一台模拟式衡量仪器,对于标尺分度值d=e的模拟式衡量仪器,由于分辨力引起的不确定度为:
3.2.3水分测量的样品均为平铺放置,因此该项引起的不确定度分量忽略不计。
对上述三项分量进行进行时,被检水分测定仪的分辨力也会影响测得值的重复性,当重复性引入的分量 大于水分测定仪的分辨力所引
入的分量 时,此时重复性中已包含分辨力对测量得值的影响,故不应当再考虑分辨力所引起的分量。当重复性引入的不确定分量小于被检水分测定仪的分辨力所引起的不确定度分量时,则应当用分辨力引入的不确定度分量代替重复性分量[5]。因此水分测定仪标尺读数 、 的标准不确定度的分量即为:
3.3输入量 的标准不确定度 (B类)
根据规程,5%NACL溶液(水分标准值为95%)的扩展不确定度为0.02%,k=2,有: =0.01%。则有:
=5.150g*0.01%=0.515mg
4合成标准不确定度 的计算
4.1测量模型
4.2灵敏度系数
对测量模型中的各项求偏导,得到各项灵敏度系数[6]:
本次实验数据如下:R=9.527、 =0.045、 =0.362、 =4.332、 =4.571、 =95%、M=94.91%,以上数据代入上述各式,得:
,
, ,
4.3合成标准不确定度计算
把各量的值代入上式
5扩展不确定度的评定
取k=2,则扩展不确定度U为:
6测得值表示
水分测定误差:
结语
本文以实例的形式,分析了模拟显示烘干法水分仪在测量过程中的不确定度分量,并采用了相对不确定度的方法。为将来类似仪器的测量和校准提供参考。
参考文献:
[1]郑艺.烘干法模拟显示水分测定仪测得值的不确定度评定[J].计量与测试技术,2020,47(01):106-108.
[2]陈东玲,于佳,刘壮壮.卡尔•费休容量法水分测定仪示值相对误差不确定度评定[J].中国计量,2019(05):98-100.
[3]綦心,陶成,滕飞.模拟显示烘干法水分测定仪测量结果的不确定度评定[J].品牌与标准化,2019(02):50-52.
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[5]赵娟,陆浩,朱俊,刘昆.烘干法电子水分测定仪检定中常见问题及分析[J].上海计量测试,2017,44(04):48-50.
[6]胡泽宇,李世婕,朱火清,黄永达,刘宏江.用卤素水分测定仪测定钎剂水分含量的可行性研究[J].材料研究与应用,2017,11(02):123-127.