標準操作油運動粘度不確定度測定分析*

笪敏峰,劉俊保,趙慧輝,杜 燁,王春龍,楊玉瓊

(中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州 730060)

標準操作油運動粘度不確定度測定分析*

笪敏峰,劉俊保,趙慧輝,杜 燁,王春龍,楊玉瓊

(中國石油蘭州化工研究中心,甘肅蘭州 730060)

通過全國多家油品評價實驗室對研制的標準操作油進行分析測試,將各實驗室多組數據進行精度、可疑值等統計分析之后,評定標準操作油運動粘度的不確定度,不確定度分量主要來源有儀器設備、各實驗室測量重復性、樣品的均勻性、樣品的穩定性等,以確保標準操作油定值的準確性。

標準操作油,運動粘度,不確定度,分析

本實驗室潛心研發可替代ASTM 103#油的丁二烯橡膠評價用環烷基操作油。主要將操作油原料[1]進行脫酸、加氫裂化的過程(將有毒的稠環或多環芳烴轉化為毒性低的飽和分),再經汽提、分餾脫除等過程,調和得出的環保橡膠操作油產品。目前評價試驗結果滿意,接下來對多家油品實驗室運動粘度數據進行統計分析,測定標準操作油運動粘度的不確定度,以確保標準操作油定值的準確性。

1 試驗部分

標準操作油經過均勻性、穩定性和應用評價得到滿意結果,結合多家實驗室測試標準操作油數據。標準操作油運動粘度試驗方法為GB/T 265-1988《石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法》[2],運動粘度測定中毛細管經過校準且符合GB/T 265-1988要求,選擇的毛細管務必使試樣流動時間不少于200s。對所有實驗室測定結果進行正態分布、等精度無可疑的數據評價,所有數據滿意。在本次試驗中,每個實驗室的標準偏差均不大于0.04761,8組數據總偏差為0.1161,均值為17.09mm2/s,極差為0.44mm2/s。

2 不確定度評估

不確定度分量的評定依據JJF 1059.1-2012[3]進行。

2.1 測定中校準引入的不確定度u0

運動粘度測定中,使用到溫度計、毛細管黏度計和秒表。三者不確定度分別為為ua、ub、uc。

2.1.1 溫度計引入的不確定度ua

溫度計需要準確測定使用100℃,油品運動粘度與溫度的關系[4]有：

log log(Vt+0.6)=b+mlogT

(1)

式中：Vt—油品在體系溫度下的運動粘度；b、m—經驗常數,b>0,m<0；T—體系溫度(K)；0.6—適用于我國的油品常數。

溫度計由甘肅省計量研究院依據JJG130-2011《工作玻璃液體溫度計檢定規程》進行計量檢定,檢定標準可溯源到國家標準,該溫度計在100℃處檢定修正值為-0.05℃,根據公式(1)計算,其運動粘度在100℃、100.05℃對應差值為0.000468mm2/s,依照均勻分布轉換成標準偏差為：

2.1.2 毛細管黏度計引入的不確定度ub

毛細管黏度計管徑1.0mm,符合SH/T 0173-1992《玻璃毛細管黏度計技術條件》中規格尺寸和形狀的技術要求。其對應標準黏度液標稱值為20.30mm2/s的不確定度為U=0.34%(k=2),則毛細管黏度計引入的不確定度ub可以此替代為：

2.1.3 秒表引入的不確定度uc

秒表計時讀數可到1s,每1s會引入誤差0.0753mm2/s,其引入不確定度：

運動粘度由計量器具等引入的不確定度u0可計算得：

uo2=ua2+ub2+uc2=3.08×10-3

2.2 測量重復性引入的不確定度u1

表1 重復測量運動粘度計算結果

續表1

實驗室均值/(mm2/s)總均值/(mm2/s)xy-x(xy-x)2s0316.98-0.110.0121s0417.08-0.010.0001s0517.190.100.0100s0616.91-0.180.0324s0717.06-0.030.0009s0817.100.010.0001

2.3 均勻性引入的不確定度u2

定值樣品運動粘度均勻性檢驗及統計結果見表2。

表2 運動粘度均勻性檢驗結果(單位：mm2/s)

計算如下：

F分布函數自由度(ν1,ν2),m=15,n=3,ν1=m-1=14,ν2=m(n-1)=30。

運動粘度均勻性檢驗樣品的標準偏差計算如下：

SH2=(Q1/ν1-Q2/ν2)=2.98×10-3

2.4 穩定性引入的不確定度u3

每月測定一次運動粘度,考察樣品在一年內的穩定性,運動粘度穩定性考察結果見表3。

表3 運動粘度穩定性考察結果(單位：mm2/s)

選擇精密度和靈敏度高的方法,在不同的時間進行m次測量,每次測量n次數據,類似于均勻性的不確定度確定可有樣品穩定性所產生的標準偏差st,計算如下：

F分布函數自由度(ν1,ν2),m=13,n=2,ν1=m-1 =12,ν2=m(n-1)=13,可得：

有效期為12個月的長期穩定性的不確定貢獻為：

2.5 合成不確定度uc及擴展不確定度U

上述各項不確定度分量相互獨立,則合成運動粘度不確定度為：

查t分布表知,自由度為7。

當置信概率P=95%時,取擴展系數k=2,則擴展不確定度為：

U=2uc=2×0.0774= 0.16

為使100℃運動粘度有效數字與GB/T 8660-2008[5]統一,采用只進不舍的不確定度修約原則,將擴展不確定度修約為0.2,則國產標準操作油100℃運動粘度定值的結果修約為(17.1±0.2)mm2/s。

3 結論

依據JJF 1059.1-2012,定值不確定度主要來源為樣品測試儀器設備、各實驗室測量重復性、樣品的均勻性、樣品的穩定性。經過對各分量評定,P=95%時,100℃運動粘度不確定度為 0.2mm2/s,研制的樣品100℃運動粘度標稱值為(17.1±0.2)mm2/s。

[1] 呂貞,熊良銓,楊新華,等. APIO環保輪胎橡膠油[J].石油科技論壇,2014(1)：63-65.

[2] GB/T 265-1988 石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法[S].

[3] JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].

[4] 王錦繁,金勇,程曄.不同溫度下潤滑油粘度換算的應用研究[J].潤滑油,2001(2)：45-48.

[5] GB/T 8660-2008 溶液聚合型丁二烯橡膠(BR)評價方法[S].

Determination of Kinematic Viscosity Uncertainty of Standard Operating Oil

DA Min-feng,LIU Jun-bao,ZHAO Hui-hui,DU Ye,WANG Chun-long,YANG Yu-qiong

(Lanzhou Petrochemical Research Center,PetroChina,Lanzhou 730060,Gansu,China)

Standard operating oil was analyzed by many of the national oil products evaluation laboratory. After statistical analysis of the data of each laboratory carried on the precision and the suspicious value and so on,determinating standard operation oil kinematic viscosity uncertainty,main uncertainty measures for kinematic viscosity of standard operating oil due to instruments and equipments,repeatability of measurement,uniformity and stability of sample and so on,to ensure the accuracy of standard operating oil.

standard operating oil,kinematic viscosity,uncertainty,analysis

陜西省軍民融合項目(16JMR10),陜西省教育廳項目(16JK1266),渭南師范學院育苗項目(16YKP002)

TQ 333.2