插入式棉包回潮率測試的可靠性分析

文/丁曰東

1 引言

MBS棉包水分測試儀作為一種快速便捷的插入式棉包回潮率測試儀器，減少了開包、取樣、縫包等環節，極大地提高了工作效率，避免了開包對棉花的污染，進一步保證了檢驗的公正性、客觀性和一致性。但在使用過程中也陸續暴露了一些問題，比如測試穩定性差、測試數據離散性大，不同儀器間檢測結果偏差大等問題。那究竟這種回潮率測試方法可靠性如何呢？筆者就此問題進行了一系列的測試研究，借此分析插入式棉包回潮率測試的可靠性和一致性。

2 試驗方案

2.1 試驗準備

2.1.1 儀器準備

目前，常用的檢測設備主要是MBS-2型棉包回潮率測定儀，生產廠家為蘇州市光華電測技術研究所；MBS-Z智能升級型棉包回潮率測定儀，生產廠家為北京中棉機械成套設備有限公司和陜西華斯特儀器有限責任公司。本次試驗共選取5臺回潮率測試儀，其中4臺為我所設備，1臺為H所設備；設備詳細信息見表1。

表1 棉包水分測定儀

2.1.2 樣品準備

選取186包一批的國儲棉1批。按照10%的抽樣檢測規定，隨機選取19包作為檢測試樣。

2.2 試驗及分析方法

由相同的測試人員分別操作5臺棉包回潮率測定儀對該批棉花指定的19個棉包進行回潮率檢測，同時記錄測試棉包包號和對應的測試數據，并匯總以供分析使用。

以H所棉包水分測試儀C所測數據為參比數據，通過數據統計分析的方法評價本單位4臺儀器試驗數據的可接受程度，以確定測試結果的可靠性。

2.3 試驗要求

測試操作由相同測試人員進行測試，確保手法一致。測試過程嚴格按照標準和儀器說明書規定進行操作，確保測試過程符合規范要求。測試部位按標準要求，盡量選取相同測試部位，測試深度保持一致。儀器設備經過計量檢定，量值溯源性滿足要求。儀器設備在測試環境條件下經過充分平衡，使用前對設備進行校驗，確保設備處于正常狀態。

2.4 試驗步驟

打開電源，將儀器放置在測試環境下進行溫濕度平衡，平衡至少10min。按照儀器說明書對設備進行校驗，確保設備處于正常狀態。在棉包包頭中間位置分別插入兩個探頭，插到底，確保測試位置距棉包外層向內10cm～15cm，二探頭相距100mm左右，且使二探頭手柄呈縱向排列，插入部位如圖1。按GB 1103.1規定的取樣數量，逐包檢測，記錄檢驗結果，再計算批樣回潮率算術平均值，作為檢測結果，保留至小數點后一位。按照試驗方案，分別使用其他幾臺設備依次對指定的棉包進行測試，記錄檢驗結果，并計算其算術平均值。

圖1 棉包測試部位示意圖

3 測試結果分析

3.1 測試結果

按照測試方案，分別用5臺不同設備對19個棉包進行測試，記錄其結果，并計算其算術平均值、極差、標準偏差。詳細數據見表2。

數據的分析發現，從同一個棉包的測試結果來看，不同設備間測試結果離散性大，最大偏差可達到0.7%，平均偏差也達到了0.5%，測試結果不甚理想。從19個棉包平均值數據來看，5臺儀器的最大偏差為0.3%，測試結果較單包測試結果離散性明顯降低。

3.2 測試結果評價。

用En值來評價測試結果的可接受程度。以H所儀器為參比儀器C，其他儀器測試數據與參比儀器所測數據進行比較來評價測試結果的可接受程度。

式中，Xi——各臺儀器測試結果；——參考測試結果；Ui——各臺儀器設備測試結果的不確定度； Uc——參考測試結果的不確定度；按照公式(1)分別計算4臺儀器測試結果的En值，若|En|≤1，則認為測試結果為滿意/可接受；否則判定為不滿意/不可接受。

3.3 不確定度的評估

插入式棉包回潮率測試數據直接從原棉水分測定儀顯示屏讀取，其不確定度的主要來源是測量重復性和儀器測試誤差引入的不確定度，其他影響因素因對不確定度的貢獻很小，可不予考慮。本文僅計算由重復性和儀器測試誤差兩個因素引入的不確定度。

3.3.1 A類測量重復性引入的標準不確定度評定

n次測量中某單個測試結果x的實驗室標準偏差的測量標準差S(X)可按貝塞爾公式計算得到：

式中，Xi——第i測量的測試結果；X——n次測量所得一組測試結果的算術平均值；n——測量次數；n次測量的算

按照10%的抽樣檢測規定，共對19個棉包進行了檢測，以19個測試數據的算術平均值作為該批產品的最終測試結果。因此，由重復性引起的不確定度分量Uai為：Uai= S(X)。

將測試結果分別帶入公式，可得到不同儀器測試結果的A類不確定度。詳見表3。

3.3.2 B類儀器測量誤差引入的不確定度

從儀器說明書可以得到，回潮率在6%～11%范圍內的測量允差為±0.1%。5臺儀器技術要求完全一致，按照均勻分布得到儀器的B類不確定度為

3.3.3 合成標準不確定度

3.3.4 擴展不確定度

置信水平95%時，取包含因子K=2，擴展不確定度Up為：Up= K×Uc。

表2 回潮率測試數據 %

表3 不確定度評定數據%

3.3.5 結果評價

將數據帶入公式（1），分別計算其En值，詳見表3。可見，4臺設備測試結果的|Eni|≤1，測試結果可評價為滿意。

4 結論及建議

按照10%抽樣測試的規定，回潮率的平均值結果在不同廠家、不同型號、不同批次儀器之間差別不大，在允許范圍內。這就說明插入式回潮率測試的結果一致性好，結果比較穩定，是可靠的。對同一棉包不同儀器之間測試結果偏差較大，最大偏差達到了0.7%，這說明插入式回潮率測試儀重現性差，需要進一步改進升級，提高測試結果的穩定性。

建議回潮率測試要嚴格按照標準規定和儀器說明書的要求來操作，避免因操作不規范對結果產生的影響。

鑒于棉包回潮率測試環境條件往往比較惡劣，儀器設備使用頻繁，使用環境條件劇烈變化，連接線、溫度補償器、探頭等附件易損壞等情況，設備在使用前應予以充分平衡，嚴格按照設備說明書的要求進行校驗，確保儀器處于正常工作狀態，并定期（建議周期為一個月）對回潮率測試儀進行期間核查或者送計量服務機構進行檢定，以確保儀器設備狀態穩定，提升測試結果的可靠性。