煉化企業(yè)石油密度計(jì)測(cè)量結(jié)果修正值不確定度評(píng)定

劉穎暉 蔡騏闊

（1.中石油遼陽(yáng)石化公司；2.中國(guó)航空油料有限責(zé)任公司東北公司）

為了解遼寧省石油化工行業(yè)計(jì)量工作近年來(lái)的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)一步促進(jìn)石油化工計(jì)量工作的發(fā)展，客觀、公正、科學(xué)地反映目前該行業(yè)開展檢定工作的綜合技術(shù)水平，規(guī)范石油化工行業(yè)量值傳遞過(guò)程，保證量值傳遞的準(zhǔn)確一致，有必要在石油化工行業(yè)內(nèi)組織石油密度計(jì)計(jì)量比對(duì)工作。

近年來(lái)，遼寧省各法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)及石油化工企業(yè)在儀器設(shè)備、環(huán)境條件、管理水平及人員結(jié)構(gòu)等方面都有很大的變化。通過(guò)本次比對(duì),能有效地檢驗(yàn)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)及石油化工企業(yè)量值傳遞的準(zhǔn)確性和一致性, 還可以進(jìn)行技術(shù)交流，對(duì)檢定方法、數(shù)據(jù)處理及不確定度分析等專業(yè)問(wèn)題進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，找出原因，制定糾正措施和預(yù)防措施，提高石油化工行業(yè)計(jì)量的綜合實(shí)力。

1 傳遞標(biāo)準(zhǔn)及方法

傳遞標(biāo)準(zhǔn)由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室提供。 比對(duì)采用A、B兩組工作用石油密度計(jì)，每組兩只，其中一只傳遞，一只備用。石油密度計(jì)規(guī)格為800～850 kg/m3，分度值為0.5 kg/m3， 比對(duì)測(cè)量點(diǎn)為標(biāo)稱值800、830、850 kg/m3這3 個(gè)點(diǎn)。比對(duì)開始前及比對(duì)過(guò)程中，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室都將對(duì)比對(duì)樣品測(cè)量重復(fù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行考核。

由于石油密度計(jì)為玻璃易碎儀器，比對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)需由參比實(shí)驗(yàn)室派專人到主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)取并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后派專人送回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，不得采取其他傳遞方式。 運(yùn)輸過(guò)程中不能徒手或用尖銳的工具接觸傳遞標(biāo)準(zhǔn)。 傳遞標(biāo)準(zhǔn)上不得放置重物，不能有強(qiáng)烈的沖擊和撞擊。 傳遞標(biāo)準(zhǔn)的交接過(guò)程中，各實(shí)驗(yàn)室應(yīng)核查傳遞標(biāo)準(zhǔn)是否有任何損壞、是否正常。 如果在傳送過(guò)程中有意外情況發(fā)生， 由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室按意外情況處理程序進(jìn)行處理。

2 比對(duì)方式選擇

比對(duì)由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量和穩(wěn)定性考核，比對(duì)地點(diǎn)為各參比實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)參比實(shí)驗(yàn)室所用傳遞標(biāo)準(zhǔn)由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)際使用情況在A、B 兩組中選取一組。比對(duì)方式有環(huán)式、星形式和花瓣式，這里采用星形式比對(duì)方式，該方式適用于多套傳遞標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)進(jìn)行，其比對(duì)周期短，即使某一個(gè)傳遞標(biāo)準(zhǔn)損壞，也只影響一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)數(shù)據(jù)。 該方式是比對(duì)有效性最好的方式［1］，具體如圖1 所示，圖中A～G 代表各參比實(shí)驗(yàn)室。

圖1 星形式比對(duì)方式示意圖

首先由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將傳遞標(biāo)準(zhǔn)在本實(shí)驗(yàn)室裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，得出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，將傳遞標(biāo)準(zhǔn)傳送到參比實(shí)驗(yàn)室A；由實(shí)驗(yàn)室A 按照規(guī)定的程序在本實(shí)驗(yàn)室的裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)，得出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，再將傳遞標(biāo)準(zhǔn)送回到主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，在主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)校，以考察傳遞標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)運(yùn)輸后示值是否發(fā)生變化，若變化在允許范圍內(nèi)，則比對(duì)有效，依次傳遞給下一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。

3 評(píng)定實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JJG 42—2011 《工作玻璃浮計(jì)》和JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，筆者整理出一套完整的計(jì)算公式，并用此公式對(duì)被檢密度計(jì)在800、830、850 kg/m3這3 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)量結(jié)果不確定度修正。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

測(cè)量環(huán)境溫度為20 ℃， 比對(duì)所用到的工/器具見表1。

表1 比對(duì)所用到的工/器具

將二等標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)與被檢密度計(jì)同時(shí)浸入石油產(chǎn)品混合液或酒精水溶液中，直接比較它們的示值，再經(jīng)過(guò)計(jì)算，從而得到石油密度計(jì)的修正值。

3.2 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)文獻(xiàn)［2］可知，被檢密度計(jì)修正值Δρ 等于標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)修正后示值ρ標(biāo)（示值加證書修正值，或加溫度、毛細(xì)常數(shù)修正值）減去被檢密度計(jì)修正后示值ρ被（或加溫度、毛細(xì)常數(shù)修正值）［2］，即：

式中 Δρ——被檢密度計(jì)的修正值，kg/m3；

ρ標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)的修正后示值，kg/m3；

ρ被——被檢密度計(jì)的修正后示值，kg/m3。

當(dāng)簡(jiǎn)單直接測(cè)量時(shí)，應(yīng)該分析和評(píng)定測(cè)量時(shí)導(dǎo)致測(cè)量不確定度的各個(gè)分量ui，若相互間不相關(guān)，則合成不確定度按下式計(jì)算［3］：

式中 uc——合成不確定度，kg/m3；

ui——不確定度分量，kg/m3。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定。

3.3.1 輸入量ρ標(biāo)的不確定度u（ρ標(biāo)）的評(píng)定

輸入量ρ標(biāo)的不確定度來(lái)源主要有5 部分：標(biāo)準(zhǔn)浮計(jì)不準(zhǔn)所引入的不確定度分量u1，浮計(jì)傾斜引入的不確定度u2，液體毛細(xì)常數(shù)變化引入的不確定度u3， 檢定液溫度引入的不確定度u4，示值估讀誤差引入的不確定度u5。 具體如下：

a. 標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)不準(zhǔn)所引入的不確定度分量u1的評(píng)定。

二等密度計(jì)使用時(shí)需加修正值，其修正值的不確定度很小，可忽略不計(jì)。

b.密度計(jì)傾斜引入的不確定度u2的評(píng)定。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定， 密度計(jì)傾斜偏差不得大于0.1 個(gè)分度值，最小分度值為0.5 kg/m3，服從投影分布，置信因子k=10/3，u2的計(jì)算式如下：

c. 液體毛細(xì)常數(shù)變化引入的不確定度u3的評(píng)定。

d.檢定液溫度引入的不確定度u4的評(píng)定。

e.示值估讀誤差引入的不確定度u5的評(píng)定。

示值估讀誤差引入的不確定度u5在密度計(jì)的0.2 個(gè)分度值以下，其修正值的不確定度很小，可忽略不計(jì)。

根據(jù)式（2），輸入量ρ標(biāo)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算如下：

3.3.2 重復(fù)性引入的不確定度u6的評(píng)定

在800、830、850 kg/m3這3 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)分別測(cè)量10 次，得出修正值見表2。

校準(zhǔn)點(diǎn)1 2 3 4 5 800 kg/m3 830 kg/m3 850 kg/m3+0.15+0.20+0.05+0.20+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15 6 7 8 9+0.05 0.00 0.00+0.20 +0.15 +0.00+0.20 +0.05 +0.05+0.15+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15+0.05+0.20+0.05 10 0.00+0.15+0.05

3.3.3 輸入量ρ被的不確定度u（ρ被）的評(píng)定

輸入量ρ被的不確定度來(lái)源主要有： 檢定液溫度引入的不確定度u7，密度計(jì)傾斜引入的不確定度u8， 液體毛細(xì)常數(shù)變化引入的不確定度u9。具體如下：

a.檢定液溫度引入的不確定度u7的評(píng)定。

c. 液體毛細(xì)常數(shù)變化引入的不確定度u9的評(píng)定。

3.3.4 修約引入的不確定度u10

修正值結(jié)果修約到0.05 kg/m3， 其區(qū)間半寬為0.025 kg/m3，服從均勻分布：2×0.056=0.112 kg/m3；830 kg/m3時(shí)，U=2×0.065=0.13 kg/m3；850 kg/m3時(shí)，U=2×0.065=0.13 kg/m3。

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4 結(jié)束語(yǔ)

石油密度計(jì)的不確定度評(píng)定比對(duì)是一個(gè)復(fù)雜的操作過(guò)程，比對(duì)時(shí)既要嚴(yán)謹(jǐn)操作保證測(cè)量值的客觀性，還要通過(guò)大量的計(jì)算才能得出最終修正值。 通過(guò)石油密度計(jì)的不確定度評(píng)定比對(duì)工作， 提升了工作人員的理論水平和操作能力，促進(jìn)了石油密度計(jì)的測(cè)量結(jié)果修正值不確定度評(píng)定的規(guī)范化與科學(xué)化。