粉塵濃度校準(zhǔn)裝置中以重量法為標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置示值誤差的不確定評(píng)定

李玄曄 張江賓

河北省計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院 河北石家莊 050000

粉塵濃度測(cè)量?jī)x廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)中，粉塵濃度測(cè)量?jī)x的測(cè)量數(shù)據(jù)是空氣環(huán)境治理的重要依據(jù)，其測(cè)量的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，將對(duì)政府制定環(huán)境治理政策產(chǎn)生影響。目前國(guó)內(nèi)大部分計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)通過采用標(biāo)準(zhǔn)粉塵儀表對(duì)粉塵濃度測(cè)定儀進(jìn)行的檢定或者校準(zhǔn)，本文通過重量法作為參考方法來對(duì)粉塵濃度測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定[1]。

1 概述

（1）測(cè)量依據(jù)：JJG846-2015《粉塵濃度測(cè)量?jī)x》。

（2）環(huán)境條件：溫度（15-30）℃，相對(duì)濕度不大于85%。

（3）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：粉塵濃度檢定裝置：均勻性不超過5%，穩(wěn)定性不超過5%；電子天平：（0-6.1）g，分度值0.001mg；流量計(jì)：1.0級(jí)；秒表：分度值0.01s。

2 測(cè)量模型

粉塵濃度測(cè)量?jī)x檢定使用的粉塵：用200目過濾篩過濾后的干燥煤塵、滑石粉、單分散相聚苯乙烯粒子或其它粒徑小于或等于被檢測(cè)量?jī)x切割粒徑的適宜的粒子；

測(cè)試段中重量法標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置采樣口和受檢測(cè)量?jī)x采樣口兩個(gè)安裝采樣點(diǎn)的3次采樣測(cè)量平均值的相對(duì)偏差應(yīng)不大于5%；6次測(cè)量穩(wěn)定性相對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于5%，即為S1=5%。

數(shù)學(xué)模型是：

式中：δ—粉塵測(cè)量誤差，%；

ρ1—粉塵濃度測(cè)量?jī)x顯示平均值，mg/m3；

ρ0—重量法標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置采樣、測(cè)量平均值，mg/m3。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

輸出量ρ1的不確定度來源主要包括粉塵裝置中粉塵濃度的穩(wěn)定性、均勻性及被檢儀器測(cè)量的重復(fù)性三個(gè)方面。

3.1 粉塵穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

我們選擇一臺(tái)量程為（0-10）mg/m3，最大允許誤差為±5%的參考粉塵濃度測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢定。根據(jù)規(guī)程，標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置采樣口和受檢測(cè)量?jī)x采樣口兩個(gè)安裝采樣點(diǎn)的3次采樣測(cè)量平均值的相對(duì)偏差應(yīng)不大于5%；6次測(cè)量穩(wěn)定性相對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于5%，即為S1=5%。每點(diǎn)檢測(cè)中用6次顯示值的平均值作為每組的顯示值，且重復(fù)測(cè)量3組，按均勻分布引入不確定度分量：

3.2 粉塵均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2

3.3 儀器測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)規(guī)程要求，進(jìn)行檢定時(shí)使用的被檢儀器的顯示值的6次讀數(shù)的平均值A(chǔ)作為儀器的顯示值，在50%量程點(diǎn)，對(duì)于這臺(tái)儀器，重復(fù)性檢定時(shí)使用的粉塵濃度約為5mg/m3。

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式：

重復(fù)性的計(jì)算公式。

用該臺(tái)儀器在5mg/m3濃度點(diǎn)連續(xù)獨(dú)立讀取6個(gè)顯示值分別為4.88、4.92、4.95、4.98、4.99、5.02；將該組數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

S2=0.05mg/m3

根據(jù)規(guī)程要求，儀器的顯示值是在相同的試驗(yàn)條件下連續(xù)測(cè)量6次，則可得到：

3.4 被檢儀器顯示值的不確定度分量

綜合3.1、3.2、3.3，由于儀器的重復(fù)性和粉塵的穩(wěn)定性、均勻性彼此獨(dú)立，則：

3.5 標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置引入的不確定度分量

3.5.1 數(shù)學(xué)模型

濾膜采集的粉塵質(zhì)量 Δ m=m2-m1

重量法標(biāo)準(zhǔn)粉塵濃度為：

3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

重量法標(biāo)準(zhǔn)粉塵質(zhì)量濃度引入的不確定分量u(ρ2)分別有流量計(jì)引入的不確定分量，電子秒表引入的不確定分量，電子天平引入的不確定分量，檢定裝置穩(wěn)定性引進(jìn)的不確定分量[2-3]。

采樣流量引入的不確定度分量

標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置中流量計(jì)的不確定度分量，根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定，流量計(jì)的最大允許誤差為±1.0%，則：

采樣時(shí)間引入的不確定度分量

采樣時(shí)間t使用電子秒表計(jì)時(shí)，1h內(nèi)最大允許誤差0.10s，服從均勻分布，則采樣時(shí)間引入的不確定度分量為：

稱量濾膜引入的不確定度分量

濾膜采集的粉塵質(zhì)量由電子天平稱量得到，每張采樣后濾膜質(zhì)量一般為100mg，電子天平最大允許誤差0.005mg，估計(jì)電子天平引入誤差0.01mg，服從均勻分布，則電子天平引入的不確定度分量為：

粉塵測(cè)量?jī)x檢定裝置穩(wěn)定性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置影響的不確定度分量

粉塵測(cè)量?jī)x檢定裝置均勻性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)采樣裝置影響的不確定度分量

3.5.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.6 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

擴(kuò)展不確定度U為：

5 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

粉塵濃度測(cè)量?jī)x示值誤差檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度：

6 結(jié)語(yǔ)

通過最終測(cè)量結(jié)果不確定評(píng)定可知，重量法作為參考方法來對(duì)粉塵濃度測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)的不確定度可滿足JJG846-2015《粉塵濃度測(cè)量?jī)x》中要求。因電子天平引入的不確定更小，重量法相比參考粉塵儀方法不確定度更小。