楊義維

（1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司礦用材料分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；3.國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013）

液壓支架是煤礦井下安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，能夠第一時(shí)間保證工作人員的生命安全，液壓支架用濃縮液是液壓支架重要的組成部分[1]，其性能的優(yōu)劣會(huì)對(duì)整個(gè)液壓支架系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，為確保井下安全生產(chǎn)以及液壓支架系統(tǒng)的安全運(yùn)行，目前我國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 76-2011《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液》對(duì)液壓支架用濃縮液的使用性能與安全性能需要滿(mǎn)足相應(yīng)的范圍做出明確要求。不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。與經(jīng)典的誤差表示方法相比，不確定度的表示方法更為科學(xué)和實(shí)用。通過(guò)測(cè)量不確定度能夠讓實(shí)驗(yàn)人員對(duì)檢測(cè)的流程有更加深入的理解，并就產(chǎn)生不確定度的關(guān)鍵分量與因素加大把控力度，可以對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有進(jìn)一步的提高，具有相當(dāng)高的實(shí)際意義[2]?；诖?，根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[3]和GB/T265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法和運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)量法》，并參考《CNASGL05-測(cè)量不確定度要求的實(shí)施指南》[4]，對(duì)影響液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果不確定度的來(lái)源進(jìn)行分析，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)和涉及到的儀器設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，最終獲得液壓支架用濃縮液在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的擴(kuò)展不確定度。

1 濃縮液在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的擴(kuò)展不確定度實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)用儀器

本次測(cè)定運(yùn)動(dòng)粘度依據(jù)GB/T 265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法》對(duì)液壓支架用濃縮液樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)定結(jié)果按照下式計(jì)算得出：

式中：v——40℃時(shí)試樣的運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s；

c——粘度計(jì)的常數(shù)，mm2/s2；

t——試樣的平均流動(dòng)時(shí)間，s。

儀器采用TP625運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定儀、毛細(xì)管粘度計(jì)選擇內(nèi)徑為0.6mm常數(shù)0.007388mm2/s2、溫度計(jì)采用測(cè)定范圍38℃～42℃GB-12運(yùn)動(dòng)粘度4號(hào)溫度計(jì)、計(jì)時(shí)秒表。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將TP625運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定儀恒溫槽的溫度設(shè)定在40℃（溫度用GB-12運(yùn)動(dòng)粘度4號(hào)溫度計(jì)指示），用選用的毛細(xì)管粘度計(jì)，將液壓支架用濃縮液樣品抽入粘度計(jì)中并置于恒溫槽中，將粘度計(jì)調(diào)整為垂直狀態(tài)。按照GB/T265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法和運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)量法》的規(guī)定，在重復(fù)性條件下測(cè)定10次，毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)與所測(cè)定的液壓支架用濃縮液試樣流動(dòng)時(shí)間的乘積，即為該溫度下所測(cè)定樣品的運(yùn)動(dòng)粘度。

2 運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果不確定度的來(lái)源及定量

2.1 測(cè)定結(jié)果不確定度的來(lái)源的確定

根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的影響液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果的不確定度的原因進(jìn)行分析，結(jié)合GB/T265-1988中運(yùn)動(dòng)粘度的計(jì)算公式，可概括為有以下兩類(lèi)共四點(diǎn)因素：A類(lèi)：重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度；B類(lèi)：①毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)引入的不確定度；②測(cè)定儀器恒溫槽溫度的溫度計(jì)引入的不確定度；③記錄試樣流動(dòng)時(shí)間的秒表引入的不確定度。

2.2 對(duì)各種不確定度分量的定量

2.2.1 重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度

在相同條件下，取同一液壓支架濃縮液樣品10份，每份樣品重復(fù)測(cè)定4次，按照GB/T265-1988要求計(jì)算平均流動(dòng)時(shí)間，所得出的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 40℃溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量數(shù)據(jù)及平均值

根據(jù)表1可求出10次測(cè)定的液壓支架用濃縮液的tˉ為336.8s，運(yùn)動(dòng)粘度平均值為2.488mm2/s。采用貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算得出單次測(cè)定結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

式中：vi——運(yùn)動(dòng)粘度的單次測(cè)定結(jié)果；

vˉ——運(yùn)動(dòng)粘度的算術(shù)平均值；

n——有效測(cè)量次數(shù)。

根據(jù)GB/T265-1988中的要求，對(duì)液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度的實(shí)際測(cè)定為兩次測(cè)定結(jié)果的平均值作為報(bào)告，故此次樣品的重復(fù)測(cè)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.2 毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)引入的不確定度

本次測(cè)定實(shí)驗(yàn)采用的毛細(xì)管粘度計(jì)的常數(shù)c為0.007388mm2/s2，其校準(zhǔn)證書(shū)給出擴(kuò)展不確定度為Urel=0.8%，k=2，從而可以確定毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 測(cè)定儀器恒溫槽溫度的溫度計(jì)引入的不確定度

測(cè)定時(shí)將TP625運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定儀恒溫槽溫度設(shè)定為40℃，采用GB-12運(yùn)動(dòng)粘度4號(hào)溫度計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量，根據(jù)溫度計(jì)校準(zhǔn)證書(shū)給出的擴(kuò)展不確定度為0.03℃，k=2，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

2.2.4 記錄試樣流動(dòng)時(shí)間的秒表引入的不確定度

根據(jù)表1可知液壓支架用濃縮液的運(yùn)動(dòng)粘度tˉ為336.8s，記錄時(shí)間的電子秒表的校準(zhǔn)證書(shū)給出擴(kuò)展不確定度Urel=0.004s，k=2，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3 合成各類(lèi)不確定度評(píng)定

由于各B類(lèi)不確定度分量互不相關(guān)，可將其進(jìn)行合成得出：

3.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

由于A類(lèi)和B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度不存在關(guān)聯(lián)，則合成計(jì)算如下：

3.2 擴(kuò)展不確定的計(jì)算

取包含因子k=2，液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

報(bào)告表述為該液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果為：

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程、理論分析及對(duì)不確定度的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)影響液壓支架用濃縮液運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要由重復(fù)性測(cè)定、測(cè)定時(shí)的溫度控制、毛細(xì)管粘度計(jì)的常數(shù)、計(jì)時(shí)秒表等分量造成。注重對(duì)上述不確定性因素的改善，可以顯著降低樣品測(cè)定帶來(lái)的誤差，從而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)測(cè)定過(guò)程中不確定度因素的控制，可有效地提高運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定質(zhì)量和測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。