索具工作组-氨气报警器校准结果的不确定度评定
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氨气报警器校准结果的不确定度评定

 氨气报警器校准结果的不确定度评定
姜素霞1 肖安山1; 王根荣2

   摘要 本文介绍了氨气报警器的校准方法,对方法中影响校准结果的不确定度来源进行了系统的分析,对各不确定度分量进行了量化,给出了该方法的相对扩展不确定度。
主题词:报警器;不确定度;评定此种仪器广泛应用于燃气、石油、化工、冶金等存在易燃、易爆、毒性气体的危险场所以及各类型冷库机房、储库等应用到氨气的工业场所,能有效地防止中毒、爆炸事故发生,保障生命、财产的安全。目前此类仪器的校准工作因缺乏检定规程而难以正常开展。为了强化对氨气报警器的使用和管理,作者遵照国家安全监管总局《关于下达2008年制修订安全生产行业标准项目计划的通知》(安监总政法2008[144]号文)要求,主持起草了《氨气检测报警仪技术条件和检验方法》,对便携式、移动式、固定式氨气报警器的性能指标及检校方法进行了规定

1 概述及测量方法:
  氨气报警器主要由采样、检测、指示及报警等部分组成。它的检测传感原理一般包括电化学传感器、光学传感器或半导体原理传感器。采样方式分为泵吸式和扩散式。当环境中的氨气扩散或抽吸到达传感器时,仪器传感器将氨气的浓度大小转换为一定的电信号,再由显示器将浓度值(摩尔分数)显示出来。

   氨气报警器的测量程序见图1

  

  衡量报警器准确与否的主要技术指标为示值误差。其检验方法为:按照仪器说明书的要求对仪器进行预热稳定。之后分别通入量程的20%、50%、80%附近的3个浓度点进行示值误差的检测。即:在规定的流量下,将已知浓度的气体通入仪器,记录稳定示值。重复三次,取算术平均值作为该浓度的仪器指示值。
  更换不同气体浓度进行检验,读出相应的指示值,计算指示值与标准气体浓度值之差,得出该仪器的示值误差,以判定仪器的准确程度。
2 数学模型
  根据上述规定,得出氨气报警器示值误差的数学模型:

                                  

  式中:E   仪器示值误差,%

        A  仪器的显示值,μmol/mol

        As  标准气体的标准值,μmol/mol

        R  仪器的满量程,该仪器为100μmol/mol

3 方差和传播系数:

                                    

                       

                                    
4 校准结果不确定度的来源分析
  不确定度来源于标准气体、仪器校准的读数及重复性、环境温度影响等方面,即:标准气体浓度的不确定度、氨气报警器的指示分辨率引入的不确定度、重复性检验引入的标准不确定度以及环境温度变化引入的不确定度等。
5  各不确定度分量的评估
5.1量化误差的标准不确定度uA-1:
   氨气报警器的分辨力为1μmol/mol,按均匀分布得出:    

              

5.2由示值重复性估算的标准不确定度uA-2:
   分别选取低浓度、中、高三点浓度进行不确定度的评估。再利用公式(5-1)计算单次测量结果的实验标准差:

                                  (5-1)


   根据检验方法的规定,每个浓度点重复测定三次,取平均值作为检验结果,根据公式(5-2)求得其平均值的实验标准差:

                     (5-2)

   所得结果列于表5-1居中对齐

   为使评定结果可靠,选取单次实验标准差中最大值来评定测量重复性带来的不确定度。则:uA-2=0.46μmol/mol。
5.3标准气体的标准不确定度uAs:
   按AQ行业标准7.2.1采用有证气体标准物质要求,选用国家批准的GBW08175氮中氨气标准物质,其不确定度为2%,k=2,本次评定重复性带来的最大误差在浓度点53.2μmol/mol处,则:

                         

5.4环境温度影响

   若检验在短时间内完成,则假设环境温度对不确定度的贡献很小,忽略不计。

   将以上各项合成,得标准不确定度:

                                    

 6  相对扩展不确定度
    将标准不确定度进行扩展,取包含因子k=2,则:

                     

 7  结论
    依据本标准进行的氨气报警器检验,检验结果的不确定度为1.8%(k=2)。通过本次评定可以看出,在氨气报警器检校过程中,在满足标准规定的校准条件前提下,注意有证气体标准物质的选择以及测量的重复性控制,即能满足量值溯源要求,确保检验结果的准确、可靠。
参考文献
[1] GB12358-2006,作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求,国家质量监督检验检疫总局,2006-12-01
[2] JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示,国家质量技术监督局,1999-05-01
[3] 中华人民共和国标准物质目录,全国标准物质管理委员会,2010年

(作者单位:姜素霞 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院)
(作者单位:王根荣 上海杰瑞德检测技术有限公司)



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