楊須祥　田斌斌

摘 要：礦用非色散紅外甲烷傳感器是近幾年煤礦井下普遍使用的一種先進(jìn)的氣體檢測(cè)儀器，具有檢測(cè)精度高，響應(yīng)時(shí)間快，檢測(cè)范圍寬，性能穩(wěn)定，不受檢測(cè)環(huán)境中其他氣體的干擾，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。隨著礦用非色散紅外甲烷傳感器在煤礦安全監(jiān)控領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)計(jì)量檢定中的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度提出了新的要求。本文根據(jù)JJG（皖）37-2012《非色散紅外甲烷傳感器檢定規(guī)程》、JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，詳細(xì)介紹了煤礦用非色散紅外甲烷傳感器示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定方法。

關(guān)鍵詞：礦用非色散紅外甲烷傳感器 測(cè)量結(jié)果 不確定度評(píng)定 方法

中圖分類號(hào)：TD712.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（c）-0223-01

1 測(cè)量方法

依據(jù)JJG（皖）37-2012《非色散紅外甲烷傳感器檢定規(guī)程》檢定方法的規(guī)定，選用低濃度8.55%CH4和高濃度85.5%CH4的氮?dú)庵屑淄闅怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按規(guī)定流量通入已標(biāo)校好的儀器，讀取儀器示值和輸出的電信號(hào)值，分別做4次，取后3次的算術(shù)平均值為儀器示值。儀器示值減去標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度值即為儀器示值誤差。

2 測(cè)量條件

環(huán)境溫度15℃～35℃，相對(duì)濕度45%～75%，氣壓80～106 kPa。

3 數(shù)學(xué)模型

被檢儀器示值誤差△X，△X=-XS

式中，為測(cè)量?jī)x器示值的平均值；XS為氮?dú)庵屑淄闃?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)稱值。

4 不確定度分量

（1）輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定u（）主要來(lái)源于被檢儀器的測(cè)量重復(fù)性、測(cè)量環(huán)境溫度的波動(dòng)及使用的玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量波動(dòng)的影響。

①被檢儀器的測(cè)量重復(fù)性，可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到。采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。選擇3臺(tái)儀器，用8.55%CH4和85.5%CH4濃度的標(biāo)氣分別連續(xù)測(cè)量3次，得三組測(cè)量列：

第一，通入8.55%CH4標(biāo)氣所得儀器示值：（%CH4）

8.80、8.82、8.80；8.87、8.88、8.91；8.90、8.92、8.92。

則合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差：

sP（X1）1==1.5×10-2%CH4，那么該平均值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

u（）1=sP（X1）1/≈8.7×10-3%CH4，自由度voff1=3×2=6。

第二，通入85.5%CH4標(biāo)氣所得儀器示值：（%CH4）

86.8、86.8、86.8；86.3、86.4、86.5；85.6、85.7、85.7。

則合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差：

sP（X2）1==6.7×10-2%CH4，那么該平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

u（）1=sP（X2）1/≈3.9×10-2 %CH4，自由度voff1=3×2=6。

②溫度波動(dòng)引入的不確定度u（X）2。

試驗(yàn)過(guò)程中溫度波動(dòng)均在（25±10）℃范圍內(nèi)，通過(guò)多次試驗(yàn)，8.55%CH4點(diǎn)示值變化量為±0.01%CH4，85.5%CH4濃度點(diǎn)儀器示值變化量為±0.1%CH4。假定其滿足矩形分布，可得：

u（）2=0.01/≈5.8×10-3%CH4

u（）2=0.1/≈5.8×10-2 %CH4

③使用的玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)引入的不確定度u（）3。

規(guī)程中明確在用流量計(jì)通常為2.5級(jí)。則其流量最大誤差為±5 mL/min。通過(guò)反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，此流量誤差對(duì)儀器8.55%CH4和85.5%CH4濃度點(diǎn)示值的影響分別為±0.01%CH4和±0.1%CH4，假定其均滿足矩形分布，

則u（）3=0.01/=5.8×10-3%CH4；u（）3=0.1/=5.8×10-2%CH4，則u（X1）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=[（8.7×10-3）2+（5.8×10-3）2 +（5.8×10-3）2]0.5=1.2×10-2%CH4

u（X2）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=[（3.9×10-2）2+（5.8×10-2）2 +（5.8×10-2）2]0.5=9.1×10-2%CH4

（2）輸入量XS引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（XS）。

輸入量XS引入的不確定度主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度定值。可根據(jù)標(biāo)氣證書給出的定值不確定度來(lái)源評(píng)定：因試驗(yàn)用標(biāo)氣為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物，其相對(duì)不確定度為2%（k=2）可得：

u（XS1）=8.55%×2%/k=8.6×10-2% CH4；u（XS2）=85.5%×2%/k=8.6×10-1% CH4

（3）合成不確定度及擴(kuò)展不確定度。

由于各輸入量彼此不相關(guān)，所以合成不確定度可按下式計(jì)算：

uC1=[u2（X1）+u2（Xs1）]0.5=[（1.2 ×10-2）2+（8.6×10-2）2]0.5≈8.7×10-2%CH4

uC2=[u2（X2）+u2（Xs2）]0.5=[（9.1 ×10-2）2+（8.6×10-1）2]0.5≈8.6×10-1%CH4

則U1=kuC1=2×8.7×10-2≈1.7×10-1% CH4（k=2）

U2=kuC2=2×8.6×10-1≈1.7%CH4（k=2）

（4）測(cè)量不確定度報(bào)告。

在8.55%CH4點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果X=8.81% CH4，擴(kuò)展不確定度：

U1=1.7×10-1%CH4；k=2

在85.5%CH4點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果X=86.4% CH4，擴(kuò)展不確定度：

U2=1.7%CH4；k=2

從以上誤差分析可以看出：按照此規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)器配置、檢定環(huán)境、檢定方法等內(nèi)容，所得出的相對(duì)不確定約為2%（k=2）。

參考文獻(xiàn)

[1] JJG（皖）37-2012，非色散紅外甲烷傳感器檢定規(guī)程[S].

[2] JJF1059.1-2012，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].