皂膜流量标准装置对大气采样器测量结果的不确定度评定.pdf

马芬++方舟

[摘 要]大氣采样器流量测量值具有一定的不确定性，仪器本身、测量环境、人为因素等都会造成大气采样器流量测量结果出现偏差。基于此，本文根据国家制定颁布的计量技术规范的规定与要求，对大气采样器流量测量过程中不确定度产生的原因进行了全面、细致的分析，并对这些不确定度进行了评定，仅供相关人员参考。

[关键词]大气采样器；测量值；不确定度；原因；评定

中图分类号：S531 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0221-01

引言

大气采样器作为一种大气监测设备，通常用来采集与检测大气中、建筑室内的空气，检测空气中是否含有危害人体健康的有害物质，经过科学的分析与鉴定，最终得出检测结果，为大气的合理整治提供依据。随着我国环境问题日益突出，人们对于大气采样器测量数据的准确、可靠程度提出了更高的要求。因此，我们有必要对其测量不确定度进行评定与验证，从而使得其能够在使用中保持良好的技术状态，为国家更好地进行环境空气检测与治理奠定基础。

1 大气采样器的测量过程

大气采样器的测量过程中，工作人员首先需要将电子皂膜流量计的出口同被检仪器的入口进行连接，并对大气采样器进行科学调整，使其采样流量达到要求的检测点；然后让被检测仪器处于平稳、安全状态，此时，电子皂膜流量计中会呈现出一个流量示值，为实际流量Q（毫升/分），同时将实验所处环境中的气压、温度等记录下来，最后，我们利用相关的公式，即克拉伯龙方程，就能把实际流量的Q值转换成标准模式下的值，再利用误差计量公式，就能够得出被监测点的示值误差。

本文以1.0L/min流量为校准点，选用体积V为1L的皂膜流量计，温度T为293.65K，大气压P为100.86kPa的环境下对测量气体通过该固定体积的时间重复测量10次，具体数据如表1所示。

2 数学模型

根据检定规程，刻度状态下的实际流量QS数学模型为：

式中：Qr为皂膜流量计的工况流量，；TS为刻度状态下的热力学温度（273.15+tS）K，其中tS为刻度状态温度，单位为℃；PS为标准状态下的大气压，101.325kPa；T为检定环境下的热力学温度，单位为K；P为检定环境下的大气压，单位为kPa；V为皂膜流量计的体积，单位为mL；t为气体通过皂膜流量计固定体积的时间，单位为s。则：

上述数学模型中共有四个输入量，即V、t、T、P，且这几个输入量之间各不相关，根据不确定度传播率，当数学模型为，且各个输入量不相关时，其合成标准不确定度可用下式计算：

则QS的相对合成不确定度为：

3 测量不确定度分量的评定

3.1 皂膜流量计体积引入的相对标准不确定度ur（V）

通过参考皂膜流量计的测试证书，我们得到得到其最大允许误差为±1.0%，假设为均匀分布，取k=，则：

3.2 气体通过皂膜流量计固定体积的时间引入的相对标准不确定度ur（t）

3.2.1电子秒表的计时误差引入的标准不确定度

通过秒表的检定证书可知，该电子秒表在10s、10min、60min3个检定点的误差均为0，由于在实际工作中，这3个检定点并不能包含所有的工作用计时点，因此依据JJG237—2010《秒表检定规程》，取电子秒表最大允许误差±0.1s，按照B类不确定度进行评定，假设呈现均匀分布状态，取包含因子k=，其标准不确定度：u1=0.1s/=0.058s

3.2.2电子秒表分辨力引入的标准不确定度

电子秒表分辨力为0.01s，按均匀分布进行计算，取包含因子k=，其标准不确定度：u2=0.01s/=0.0058s

3.2.3 电子秒表手动控制不准引入的标准不确定度

假设计时误差为±0.1s，按均匀分布来说，取包含因子k=，其标准不确定度为：u1=0.1s/=0.058s

3.2.3 由测量重复性引入的标准不确定度

以1L/min为测量点，进行10次独立重复测量，根据贝塞尔公式，可得实验标准偏差为s（t）=0.36s，根据检定规程的要求，在实际的检定过程中，检定流量应为3次测量的算术平均值，所以由测量重复性引入的标准不确定度：

综上所述，四者各不相关，因此气体通过皂膜流量计固定体积的时间引入的标准不确定度：

其相对不确定度为：

3.3 检定环境大气压测量引入的相对标准不确定度ur（p）

通过参考空盒气压计的检定证书，我们可以知道其检定结果为合格，最大允许误差为±0.2hPa，则其引入的大气压测量的标准不确定度用B类评定，可能值区间的半宽度a为0.2hPa，设在区间内呈现均匀分布，取包含因子k=，其标准不确定度：

其相对标准不确定度为：

3.4 检定环境温度测量引入的相对标准不确定度ur（T）

根据温度计的校准证书，可知其测量结果的扩展不确定度为U=0.2℃（k=2），其可直接转换为热力学温度K，则其引入的温度测量的标准不确定度用B类评定，即其标准不确定度u（T）=0.2K，相对标准不确定度：

ur=u（T）/T=0.2/（273.15+20.5）=0.07%

4 合成标准不确定度

大气采样器检定结果的扩合成不确定度：

5 扩展不确定度

取包含概率p=95%，包含因子k=2，大气采样器检定结果的扩展不确定度：ur（Qs）=k×ur（Qs）=1.4%。

结束语

总而言之，仪器本身、测量环境的温度与大气压以及重复测量都会导致大气采样器测量结果存在一定的不确定度，本文通过对不确定来源的分析及计算，得出大气采样器流量测量值的相对扩展不确定度分别为1.4%（k=2），满足检定结果。

参考文献

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