關于卡爾·費休容量法水分測定儀測量結果的不確定度評定

摘 要 卡爾·費休容量法水分測定儀是一種廣泛應用于測定化工、醫藥、輕工、食品等行業產品水分的精密測量儀器。為了保證企事業、科研單位生產、檢驗、研究工作的順利準確進行，推動經濟更高質量的發展。正確有效地對卡爾·費休容量法水分測定儀檢定示值相對誤差進行不確定度評定就顯得尤為必要。檢定該儀器的主要標準器為液體水分標準物質。文章具體以V20型卡式水分測定儀為例進行示值誤差不確定度的評定。考慮計量標準器的不確定度和環境條件的影響、人員操作的影響、被檢儀器分辨力影響等進行合成計算，結論以擴展不確定度表示（k=2）。

關鍵詞 水分測定儀;相對示值誤差;不確定度

概述

卡爾·費休容量法水分測定儀主要用于檢測石油、化工、醫藥、食品和電力等行業產品中水分的含量。其反應的基本原理是：在非水溶劑體系中，碘、二氧化硫和微量水按照物質的量1：1：1的比例反應。反應式為CH3OH+SO2+I2+H2O+3RN=[RNH]SO4CH3+2[RNH]I。儀器的主要構成部分包括滴定池、滴定管、指示電極、攪拌系統和控制系統。樣品的水分含量可以根據卡爾·費休滴定劑的滴定度和消耗體積，以及樣品的質量計算得到。樣品水分含量%，其中T為滴定劑的滴定度，單位為mg/ml，V為滴定劑的體積，單位為ml，m為樣品質量，單位為g。

測量依據：JJG1154-2018 《卡爾·費休容量法水分測定儀檢定規程》

環境條件：溫度：（10～30）℃ ;相對濕度：≤80%;無強烈電磁干擾源

測量標準：中國計量科學研究院生產的液體水分標準物質GBW13512，其標準值為1.000×10-2（質量分數），其擴展不確定度為0.013×10-2，k=2，梅特勒-托利多生產的電子天平AL204，準確度等級Ⅰ級，測量范圍為0～210g，其分度值為0.1mg。

配套設備：1ml和5ml微量進樣器

被測對象：梅特勒-托利多公司生產的V20型卡爾·費休容量法水分測定儀

由于卡爾·費休容量法水分測定儀主要檢定的項目是示值誤差，采用與標準物質直接比較法進行檢定，方法的不確定度可以不予考慮，檢定結果的不確定度有計量標準器的不確定度和環境條件的影響、人員操作的影響、被檢儀器分辨力影響組成。環境條件、人員操作的影響體現在測量的重復性中。

1測量模型

測量過程：測量前，用進樣器抽取水分標準物質反復潤洗，然后抽取一定體積的水分標準物質（控制進樣含水量約為1mg），用吸水紙擦拭進樣器針尖后，在電子天平上稱量進樣器的質量，然后開始樣品測定，把樣品注入滴定池，滴定結束后儀器自動記錄滴定劑消耗體積。再次稱量進樣器質量，通過減量法得到注入水分標準物質的質量，將該質量輸入水分測定儀得到樣品水分含量（%）。按照上述方法測量三次，計算水分含量的平均值（%）。其中。然后根據公式×100%（為水分標準物質水分含量，認定值 1.000%）計算水分含量示值相對誤差。按照相同的方法，控制樣品含水量分別約為5mg，10mg和20mg，各測量三次，計算各含水量測定點的水分含量平均值和示值相對誤差[1]。

由以上測量過程可得其示值誤差的數學模型為：

2輸入量引入的標準不確定度的評定

2.1 輸入量引入的標準不確定度的評定

（1）在重復性測量條件下，對被檢卡爾·費休水分測定儀，用液體水分標準物質連續測量十次，得到標準水分值為1mg測量點下的一組測量數據如下表所示：

（2）被檢儀器分辨率引入的不確定度

水分測定儀讀數的分辨率為0.01%，以分辨率的一半d/2作為半寬區間，且當成是均勻分布，以B類不確定度來計算，考慮其引入的標準不確定度為

則由儀器分辨率引入的相對不確定度為=0.0029%/1%*100%=0.29%，由于最小分辨率引入的不確定度分量遠小于儀器重復性引入的不確定度分量，因此可以忽略儀器分辨力引入的不確定度分量。

2.2 輸入量引入的標準不確定度的評定

輸入量引入的不確定度的主要來源于標準物質的不確定度和電子天平稱量引入的不確定度。

（1）電子天平稱量引入的不確定度

選用的萬分之一的電子天平，其最后一位有效數字為0.1mg，所以天平重復性引入的不確定分量為=0.5×0.1mg=0.05mg，

另外由于電子天平的最大允許誤差為0.5mg，按均勻分布考慮k=，則由電子天平最大允許誤差引入不確定度分量為 =0.5mg/=0.29mg。

因為實際測量過程中要進行兩次稱量，所以電子天平稱量引入的不確定為：

則由天平稱量帶來的相對不確定分量為：

（2）標準物質引入的不確定度

由標準物質證書可知液體水分標準物質GBW13512，其標準值1.000×10-2（質量分數），其擴展不確定度為0.013×10-2，k=2，換算成相對不確定度為[2]

3合成不確定及擴展不確定度的評定

3.1 測量模型

3.2 各不確定度分量匯總及計算表

本規程規定，卡爾費休容量法水分測定儀示值相對最大允許誤差為±7%，所以經上述不確定度評定，檢定能滿足量值傳遞要求[3]。

參考文獻

[1] 房開瑞.淺談測量不確定度評定與表示應用中注意的問題[J].計量與測試技術，2004，（11）：38.

[2] 薛鼎龍.卡爾·費休庫倫法微量水分測定儀測量結果的不確定度評定[J].中國計量，2012，（2）：83-84.

[3] 張靚.水分測定儀不確定度評定[J].計量與測試技術，2015，（1）：68-69.

作者簡介

向國平（1989-），男，湖北秭歸人;畢業院校：湖南大學，專業：電氣工程及其自動化，學歷：大學本科，現就職單位：宜昌市計量檢定測試所，研究方向：理化儀器檢定校準。