二氧化硫氣體分析儀示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

王志鵬　常子棟　田郁郁

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院天津300192）

二氧化硫氣體分析儀示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

王志鵬常子棟田郁郁

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院天津300192）

二氧化硫氣體分析儀屬于國(guó)家強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境監(jiān)測(cè)中。本文結(jié)合實(shí)際檢定工作，以Pac 7000型二氧化硫氣體分析儀為例，探討評(píng)定二氧化硫氣體分析儀測(cè)量不確定度評(píng)定的一般方法。

二氧化硫氣體分析儀；示值誤差；不確定度

二氧化硫是具有強(qiáng)烈刺激性氣味的有毒氣體，會(huì)損傷人的呼吸器官。大氣中過量的二氧化硫會(huì)導(dǎo)致酸雨，對(duì)環(huán)境造成極大的危害。因此，二氧化硫氣體分析儀被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境監(jiān)測(cè)中。二氧化硫氣體分析儀的核心部件是氣體傳感器，當(dāng)傳感器接觸到二氧化硫氣體時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)，電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的強(qiáng)弱就可獲知二氧化硫氣體的濃度值。

二氧化硫分析儀屬?gòu)?qiáng)制檢定的計(jì)量器具，已被列入《中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具目錄》。為保證二氧化硫分析儀測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，本文參照J(rèn)JG 551-2003《二氧化硫氣體檢測(cè)儀》與JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求[1-2]，以Pac 7000型二氧化硫氣體分析儀為例，探討評(píng)定二氧化硫氣體分析儀測(cè)量不確定度評(píng)定的一般方法。

1　示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

1.1不確定度的來(lái)源及數(shù)學(xué)模型的建立

氣體分析儀測(cè)量結(jié)果的不確定度主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：(1)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度。(2)測(cè)量方法的不確定度。(3)環(huán)境條件的影響。(4)人員操作的影響。(5)被檢驗(yàn)儀器的變動(dòng)性。

二氧化硫氣體分析儀的示值誤差用直接測(cè)量法進(jìn)行檢定，即通入二氧化硫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)直接讀取示值。由于采用直接測(cè)量法，測(cè)量方法的不確定度可不予考慮；而環(huán)境條件的影響、人員操作的影響、氣流穩(wěn)定性和被檢定儀器的變動(dòng)性均體現(xiàn)在測(cè)量重復(fù)性中，因此檢定結(jié)果的不確定度影響因素主要包括檢定用標(biāo)準(zhǔn)氣體和測(cè)量重復(fù)性。

二氧化硫氣體分析儀的示值誤差計(jì)算公式為：Δe=Aˉ-As

式中：Δe—儀器示值誤差

As—標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度

則u2(Δe)=u2(Aˉ)+u2(As)

式中：u(Δe)—儀器示值誤差測(cè)量引起的不確定度

u(Aˉ)—重復(fù)性測(cè)量引起的不確定度

u(As)—?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值引起的不確定度

1.2測(cè)量不確定度分量計(jì)算

1.2.1儀器示值測(cè)量結(jié)果重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

在標(biāo)準(zhǔn)裝置及被檢儀器正常工作條件下，將濃度為136μmol/mol的標(biāo)準(zhǔn)氣體通入被檢儀器，待示值穩(wěn)定后讀取其顯示值。重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　標(biāo)準(zhǔn)氣體通入被檢儀器測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)JJG551-2003《二氧化硫氣體檢測(cè)儀》，重復(fù)性按下式計(jì)算：

式中：Ai—儀器顯示值

n—測(cè)量次數(shù)

代入上表中的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算得到RSD=2.0%。因此，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

1.2.2儀器數(shù)顯量化誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

所檢二氧化硫氣體分析儀的分辨率是1μmol/mol，數(shù)顯量化誤差以等概率分布(矩形分布)落在其半寬區(qū)間（1μmol/mol）/2=0.5μmol/mol內(nèi)，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：則uA2=（1/A）×u2（X）=0.2%

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)稱值準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)氣體證書給出標(biāo)稱值的擴(kuò)展不確定度為1.5%（k=2），則標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)稱值準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uB1=0.75%

1.3合成測(cè)量不確定度的計(jì)算

輸出量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表如表2。

表2　輸出量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.4擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

取置信因子k=2，則對(duì)于該二氧化硫氣體檢測(cè)儀，擴(kuò)展不確定度為Urel=2×u=2×1.0%=2.0%（k=2）

2　結(jié)語(yǔ)

測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。為確保二氧化硫分析儀量值傳遞的準(zhǔn)確可靠，本文結(jié)合實(shí)際檢定工作，初步探討了二氧化硫氣體分析儀測(cè)量不確定度的評(píng)定方法，對(duì)了解此類計(jì)量器具的計(jì)量特性具有借鑒意義。

[1]二氧化硫氣體檢測(cè)儀JJG551-2003[S].

[2]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示JJF 1059.1-2012[S].

王志鵬（1988—），男，工學(xué)碩士學(xué)位，研究方向?yàn)楣δ芨叻肿硬牧虾铣伞怏w計(jì)量。