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        煤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

        2015-06-02 00:03:02楊須祥田斌斌
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量

        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(lèi)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(chēng)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(lèi)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(mǎn)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(mǎn)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??筛鶕?jù)標(biāo)氣證書(shū)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].

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