羊毛纖維直徑測定的不確定度評定

彭亞薇，陳海生，邵徐玲，姚夢晴

羊毛纖維是羊的皮膚的變形物。主要的紡織用毛纖維是綿羊毛，通常稱作羊毛，具有吸汗透氣、防污抗皺、保暖性極佳等優點，多用于秋冬季節的服裝。羊毛纖維的品質研究成為紡織行業的熱門課題。評定羊毛品質的主要因素是直徑、卷曲、色澤、強度以及草雜含量等，本研究主要針對羊毛直徑。

羊毛纖維的截面成近似圓形，一般用直徑大小來表示它的粗細，也稱之為羊毛細度。羊毛細度是確定毛纖維品質和使用價值的重要工藝特性，用纖維的直徑微米或品質支數表示。細度越小，支數越高，紡出的毛紗也就越細，其可紡性能也就越好。一般按細度可將羊毛劃分為3 類：（1）細羊毛平均直徑在30 μm以下的同質毛，細度分布窄，纖維細軟，卷曲多，無髓質層，纖維表面鱗片密度大，縮絨性好，價格高。（2）半細羊毛，平均直徑在30～52.5 μm，內部有間接的髓質層，細度分布較寬，屬兩型毛。（3）粗羊毛平均直徑在52.5 μm 以上，卷曲少，內部有連續的髓質層，多為雜交土種毛[1]。

應嚴格控制羊毛直徑從而保證產品質量，所以用測定不確定度來分析與處理結果有著非常重要的意義，這樣可以使得直徑的測定結果更具準確性和科學性。

1 實驗部分

1.1 執行標準

實驗標準采用GB/T 10685—2007《羊毛纖維直徑實驗方法 投影顯微鏡法》，其中所規定羊毛直徑為羊毛縱向投影寬度的平均值。

1.2 實驗材料與儀器設備

標準毛條、投影顯微鏡（放大500 倍）、纖維切片器、液體石蠟、載玻片、蓋玻片。

1.3 實驗步驟

根據標準GB/T 10685—2007 中的操作步驟取樣制片，把載有試樣的載玻片放在顯微鏡載物臺上，蓋玻片面對物鏡。先對蓋玻片的一角進行調焦，縱向移動載玻片0.5 mm，再橫向移動0.5 mm，這兩步將在屏幕上取得第一個視野，按照此規則測量視野圓周內的每根纖維直徑。[2]

2 不確定度

2.1 含義

不確定度表示的是在實驗過程中，由于測量誤差的存在，對被測量的不能絕對肯定的程度，同時也代表著測量結果的可信賴程度。它是測量結果質量的指標。不確定度越小，測量結果與被測量的真實值越接近，質量越高，水平越高，參考意義越大，使用價值越高；不確定度越大，測量結果的質量越低，水平越低，參考意義越小，使用價值也越低。

2.2 分類

2.2.1 不確定度的A 類評定

對在規定測量條件下測得的量值用統計分析的方法進行測量不確定度分量的評定。一次測量結果的An 的Ua=S，平均測量結果A 的不確定度計算公式為：

2.2.2 不確定度的B 類評定

用不同于測量不確定度A 類評定的方法對測量不確定度分量進行的評定。它是用實驗或其他信息來估計，含有主觀鑒別的成分，用Ub表示。

2.2.3 合成標準不確定度

由在一個測量模型中各輸入量的標準測量不確定度獲得的輸出量的標準測量不確定度。合成標準不確定度的自由度稱為有效自由度，它表明所評定的有效程度，用Uc表示。[3]

3 測量不確定度的評定

3.1 不確定度來源分析

測量的不確定因素見圖1。

圖1 測量中存在的不確定因素

3.2 實驗重復性產生的不確定度

由同一名檢驗員對同一個毛條切取10 次進行重復性的實驗，結果如表1 所示。

表1 10 次重復性實驗的羊毛直徑

直徑平均值 X=26.08，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.3 取樣過程產生的不確定度

各類羊毛樣品自身普遍存在不均勻性，在人工混合的時候也無法保證百分百的均勻[4]，但是在進行重復性實驗不確定度測評的過程中，也間接包含了對樣品均勻性不確定度的測定，這里就不再另做評估。

3.4 纖維長度不同產生的不確定度

由同一名檢驗員制片，分別轉動哈氏切片器半格、一格、一格半、兩格、兩格半、三格制作切片，對所得結果進行直徑測量，根數300 根，結果見表2。

表2 切取不同長度所測量出的羊毛直徑

由表2 可知，直徑平均值 X=26.53，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.5 測量根數多少產生的不確定度

由同一名檢驗員同同一切片進行直徑實驗，300根以上每隔30 根記錄一次數據，結果見表3。

表3 根數不同測量出的羊毛直徑

由表3 可知，直徑平均值 X=25.99，自由度n-1=9。

標準偏差：

不確定度：

3.6 顯微鏡分辨率產生的不確定度

顯微測微尺的最小分度值為0.01 mm，由顯微鏡測量導致的B 類不確定度為：

3.7 合成標準不確定度[5]

3.8 擴展不確定度

在置信水平為95%，查T 分布表，按照習慣，取擴展因子k=2，則擴展不確定度為：

3.9 不確定度總結

本次實驗所選取的羊毛毛條，在95% 置信區間內，直徑大小為（26±0.189 8）μm，各因素不確定度總結見表4。

表4 各因素不確定度

4 結語

不確定度的測量能夠有效地反映檢測結果的準確性，本研究通過對這幾個不確定度來源進行展開分析。通過計算可以看出，由羊毛纖維長度引入的不確定度最大，顯微鏡分辨率產生的不確定度最小，測量根數及實驗重復性帶來的不確定度居中。因此，在羊毛直徑測定中，為提高檢測準確性，切取羊毛時要控制羊毛長度在200～300 mm，為了提高檢測效率，可忽略測量根數代入的差異，測量根數達到300根即可。