朱令宇

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠,河南漯河462000）

制絲在線紅外水分儀的測量系統(tǒng)分析

朱令宇

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠,河南漯河462000）

為評價卷煙廠制絲在線紅外水分儀的測量能力,以烘絲機(jī)出口水分儀為例,采用測量系統(tǒng)分析的基本原理和方法,計算水分儀的偏倚和測量波動,作出其測量能力能否滿足測量要求的評價,為保證水分儀測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供了依據(jù).

測量系統(tǒng)分析；紅外水分儀；測量能力；控制圖

測量系統(tǒng)分析是用統(tǒng)計學(xué)的方法,來定量衡量測量系統(tǒng)中的各個波動源對測量結(jié)果的影響,并給出測量系統(tǒng)能否滿足使用要求的明確判斷.測量系統(tǒng)必須具有良好的準(zhǔn)確性（通常用偏倚來衡量）和精確性（通常用波動來衡量）.

葉絲含水率是煙草加工過程中的一項重要指標(biāo),其控制水平直接影響后續(xù)的卷接加工和產(chǎn)品質(zhì)量.含水率的控制主要由紅外水分儀的實時測量、數(shù)據(jù)反饋控制來完成.在線紅外水分儀的測量原理是利用物料受特定波長的紅外光照射時,物料中的水分子吸收紅外輻射能量,造成發(fā)射光和反射光能量衰減來測量物料的含水率[1-2].邵俊等采用測量系統(tǒng)分析法對實驗室紅外水分儀的測量能力進(jìn)行了分析[3],但對于生產(chǎn)線的紅外水分儀來說,由于測量物料的動態(tài)性以及不可重復(fù)性,因此無法使用常規(guī)的測量系統(tǒng)分析方法進(jìn)行能力分析.作者從測量系統(tǒng)分析的基本原理入手,以烘箱法測量結(jié)果為依據(jù),參考破壞性測量系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法[4-5]計算了測量儀器本身的波動,參考測量系統(tǒng)判異準(zhǔn)則,對水分儀的測量能力進(jìn)行了評價.

1 原理和方法

目前測定煙草及煙草制品含水率的方法很多,但是,烘箱干燥法在世界范圍內(nèi)仍被視為可供對照的經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法.因此,水分儀的校準(zhǔn)通常是以烘箱法測量含水率為標(biāo)準(zhǔn),水分儀示值和烘箱法測量值之間的誤差不超過工藝要求的最大誤差0.3%作為校準(zhǔn)依據(jù)[1].

式（1）中：M烘—烘箱法測量值；M示—在線水分儀顯示值；ΔM—工藝要求的誤差.

由測量系統(tǒng)分析的方法看,水分儀示值和烘箱法測量值之間的誤差僅能說明水分儀的準(zhǔn)確性,即偏倚的大小,而其精確性《,卷煙工藝規(guī)范》用水分儀的探測精度來度量[6]

式（2）中：S—探測精度；Xi—第i次含水率烘箱法測量值；Yi—第i次含水率顯示值；n—檢測次數(shù).高水分物料（含水率≥15%）在線水分儀精度要求≤0.5%；低水分物料（含水率＜15%）精度≤0.3%.

探測精度一定程度上反映了水分儀的測量波動,但測量系統(tǒng)是否有能力可靠的反映煙草物料含水率本身的過程波動,并不能夠從探測精度上得到結(jié)論.

評價測量系統(tǒng)能力的方法通常有兩種[7]：

（1）測量系統(tǒng)的波動R＆R與總波動之比來度量,通常記為P/TV

（2）用測量系統(tǒng)的R＆R與測量對象的質(zhì)量特性值容差之比來度量,通常記為P/T

表1 測量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則Tab.1 Criterion of measurement system capability

一般來說,測量系統(tǒng)的波動需要對被測樣品進(jìn)行重復(fù)測量,但對在線水分儀來說,受環(huán)境和水分儀特性等因素影響,在同一臺水分儀下對同一物料進(jìn)行重復(fù)測試是不可能的,但又與一般破壞性試驗的測量系統(tǒng)分析中,可以得到差異小到可以忽略不計同組樣品的情況不同.有利的是,可以參考烘箱法校準(zhǔn)水分儀的方法,將烘箱法測量值作為標(biāo)準(zhǔn)值,得到水分儀示值和烘箱法測量值之間的差值,即可認(rèn)為是水分儀的波動,也就是測量系統(tǒng)的波動.而烘箱法測量的各樣品間的絕對誤差,則能夠反映測量對象的波動.過程輸出的總方差包括了過程的實際波動和測量系統(tǒng)的方差.由此來估算系統(tǒng)的P/TV和P/T,再根據(jù)表1描述的準(zhǔn)則,來定量考察水分儀的測量能力充分與否.

2 實例分析

以烘絲機(jī)出口水分儀為例,取樣涵蓋數(shù)個生產(chǎn)批次,數(shù)值包括了較大的范圍,基本覆蓋了烘絲出口含水率的正常波動.按照水分儀操作規(guī)程分別進(jìn)行取樣、記錄以及烘箱法測量含水率[8],表2是測試結(jié)果.

表2 含水率測試結(jié)果Tab.2 Test results of moisture content%

2.1 計算測量系統(tǒng)的偏倚和波動

由于烘箱法測量含水率是標(biāo)準(zhǔn)值,因此可以認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)的差異是由測量誤差造成的.計算水分儀示值和烘箱法測量值的差,將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到表3數(shù)據(jù),并根據(jù)表3繪制誤差控制圖,見圖1.

表3 含水率測試結(jié)果—單值控制圖Tab.3 Test result of moisture content for X control chart%

圖1 誤差單值控制Fig.1 X control chart of error

單值控制圖均在控制界限內(nèi),沒有失控現(xiàn)象,因此可以用式（6）估算

式（6）中d2可查控制圖系數(shù)表得到,n=2,查表d2=1.128；因此可以得到

2.2 計算測量對象的波動

以烘箱法測量值為真值,其波動即能夠反映了過程的波動,計算烘箱測量含水率的移動極差,把表2數(shù)據(jù)整理成表4,并繪制單值—移動極差控制圖,見圖2.

表4 含水率測試結(jié)果—用于單值—移動極差控制圖Tab.4 Test results of moisture content for X-MR control chart%

圖2 單值—移動極差控制Fig.2 X-MR control

由于單值—移動極差控制圖是穩(wěn)定的,所以可以用式（7）估算

式（7）中R是移動極差的均值,同樣可查控制圖系數(shù)表得到d2=1.128,

10%＜P/TV=12.7%≤30%,測量系統(tǒng)基本可以接受.

烘絲出口含水率的容差為設(shè)計值±0.5%,因此T=1.0%.故

10%＜P/T=11.8%≤30%,且10%＜P/TV=12.7%≤30%,根據(jù)測量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則,可以認(rèn)為該水分儀的測量能力基本可以接受.

3 小結(jié)

葉線在線紅外水分儀受測量環(huán)境和儀器測量特性的影響,限制了樣品重復(fù)性測量的可能性.以烘箱法含水率測量為基準(zhǔn),應(yīng)用測量系統(tǒng)分析的基本原理計算水分儀的測量波動與過程總波動之比、與葉絲含水率容差之比,根據(jù)測量能力判斷準(zhǔn)則來判斷在線紅外水分儀的測量能力,較使用測量誤差和探測精度來度量水分儀的測量能力,更具全面和合理性.對于制絲線其他各工序在線水分儀的測量能力分析,此方法亦有借鑒意義.

[1]NDC紅外技術(shù)公司.M710紅外水分儀簡明操作手冊（英文版）[S].

[2]王建騰,李松,董小衛(wèi).用于煙草水分檢測的兩種紅外水分儀[J].計測技術(shù).2011（10）：50-52.

[3]邵俊,閆洪喜.測量系統(tǒng)分析（MSA）在紅外水分儀測量能力分析中[J].現(xiàn)代儀器.2012,18（5）：21-24.

[4]趙庶嫻,李效偉,劉東,等.破壞性測量系統(tǒng)穩(wěn)定性分析初探[J].柴油機(jī)設(shè)計與制造,2011,134：44-48.

[5]馬義中,岳剛.破壞性測量系統(tǒng)波動源的分析[J].數(shù)理統(tǒng)計與管理.2007（6）：1056-1059.

[6]國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[M].北京：中央文獻(xiàn)出版社,2003.

[7]馬林,何楨.六西格瑪管理[M].北京：中國人民大學(xué)出版社,2003：166-183.

[8]王志杰.干燥法在線校準(zhǔn)TM710紅外水分儀[J].計量技術(shù),2011（10）：50-52.

（責(zé)任編輯：盧奇）

Measurement system analysis for infrared moisture meter of tobacco processing line

Zhu Lingyu
（Luohe cigarette factory of Henan tobacco industry limited liability company,Luohe 462000,China）

In order to evaluate measurement capabilities of cigarette factory online infrared moisture meter,taking the silk dryer export moisture meter for example,using the measurement system analysis of the basic principles and methods,the basis and measurement capabilities of moisture meter were calculated for scientific evaluation,to provide the basis for the quality of water meter measuring data.

measurement system analysis；infrared moisture meter；measurement capability；control chart

TS41

A

1008-7516（2013）05-0073-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.05.017

2013-06-13

朱令宇（1978-）,男,河南鹿邑人,碩士,工程師.主要從事煙草工藝研究和質(zhì)量管理工作.