冷濾點測定儀校準方法研究

張 森 郭 波* 周 艦 黃清波 鄭 鵬 高 捷 隋 峰 許愛華

(1.山東省計量科學研究院，濟南 250014；2.山東金誠石化集團，淄博 256405)

1965年美國埃克森公司首次提出冷濾點概念，隨即發布了冷濾點的測試方法[1-3]，從此世界各國都開展了冷濾點的測試[4-7]。我國于1992年修正了英國能源協會IP309-99冷濾點測試標準，制定了SH/T0248-1992《柴油和民用取暖油冷濾點測定法》，在2006年改變了濾網孔目、降溫條件等形成了現行的SH/T0248-2006標準[8]。冷濾點是指油品在規定的降溫條件下，油品低溫結晶到一定程度堵塞濾網時對應的溫度，它是檢驗油品低溫使用性能的重要物理指標，經過行車模擬實驗證實，冷濾點能精確預測柴油的實際可用的最低溫度[9]。在運輸、貯存和使用過程中，當環境溫度較低時，柴油中的蠟或生物柴油中的長鏈飽和脂肪酸甲酯結晶析出，使柴油變稠，甚至凝固，這會造成輸油管、過濾器和噴油嘴堵塞，從而導致供油中斷、柴油機停車等困難[10-12]。因此準確測量油品冷濾點對實際工作有很重要的意義。冷濾點標準物質研制上市近幾年來，冷濾點測定儀的檢定或校準仍無相應的規程規范，導致該儀器的性能無法評價，量值無法溯源，測量準確性無法保證。為此，筆者探討一種對冷濾點測定儀的校準方法，并對冷濾點示值誤差測定結果的不確定度進行了評定。

1 校準條件

1.1 環境要求

環境溫度：10～35℃；相對濕度≤80%；供電電壓：220±22V；頻率：50±1Hz；周圍無強烈震動，無強電、磁場干擾。

1.2 校準設備

冷濾點標準物質：-16.4℃，擴展不確定度為2.0℃(k=2)，中國計量科學研究院；

測溫設備：采用分辨力和短期穩定性均優于被校溫度槽最高溫場指標3倍的測溫儀器或設備。

2 校準項目

2.1 示值誤差

半自動冷濾點測定儀，首先調節冷浴溫度，將標準物質倒入清潔、干燥的試杯中至刻線處。調節空氣流速為15 L/h，檢查水位壓差計應穩定指示壓差為200 mm。按照冷濾點試驗步驟，當標準物質在60 s時未達到吸量管刻度標記，或在切斷壓力下，試樣不能完全自然流回試杯中，記錄本次抽吸開始時的溫度為冷濾點。全自動冷濾點測定儀，設置冷浴溫度，按儀器說明書要求加入標準物質，進行測量。重復測量3次，記錄儀器所測量標準物質的冷濾點值T，3次測量結果的算術平均值與標準物質的標準值之差即為儀器的冷濾點示值誤差。按照公示(1)計算：

ΔTe=T-Ts

(1)

式中：ΔTe—儀器冷濾點示值誤差，℃；

Ts—標準物質的標準冷濾點值，℃。

2.2 重復性

依據上述示值誤差3次測試的結果，最大與最小測量值之差計算為該儀器的重復性。

δr=Tmax-Tmin

(2)

式中：δr—測量重復性，℃；

Tmax—測量的最大冷濾點值，℃；

Tmin—測量的最小冷濾點值，℃。

2.3 冷浴溫度誤差

按照實驗需求設定冷浴溫度，當溫度達到設定溫度，冷浴溫度穩定后，以每分鐘1次的均勻間隔讀取溫度示值3次，記錄測量溫度T，按式(3)計算溫度誤差：

(3)

式中：ΔT—溫度誤差，℃；

Ts—測量溫度設定值，℃。

3 校準實例

冷濾點測定儀分為全自動型和半自動型，全自動型因為集成化程度高，儀器組成如圖1所示，只能使用標準物質測量其冷濾點示值誤差和重復性指標，冷浴溫度等無法測量。半自動型通過化驗人員判斷冷濾點，可以測量冷浴溫度的控制情況。

圖1 全自動冷濾點測定儀儀器組成

按照上述方法對湖南津市市石油化工儀器有限公司生產的JSR0105型冷濾點測定儀進行試驗。實驗室環境溫度23.2℃，相對濕度57%RH。

用正庚烷清洗連接管、試杯、吸量管和溫度計，然后用丙酮沖洗，干凈空氣吹干。調節穩定冷浴溫度，將45 mL標準物質倒入清潔、干燥的試杯中至刻線處。按照上述方法重復測量3次，結果如表1所示。

表1 冷濾點測試結果

設定冷浴溫度-17.0℃，當冷浴溫度穩定后，以每分鐘1次的均勻間隔讀取溫度示值3次，結果如表2所示。

表2 冷浴溫度測試結果

4 不確定度評定

4.1 不確定度傳播率

由于各分量獨立不相關，則有靈敏系數：

4.2 不確定度的來源

測量時影響測量結果的不確定度的因素有很多：有標準物質的不確定度、測量環境條件帶來的不確定度、人員操作帶來的不確定度、被檢計量器具分辨率帶來的不確定度等。

根據測得的不同數據，用極差法計算示值重復性引入的不確定度分量。得到如下觀察值T：17℃、17℃和18℃，則

式中：Tmax—測量最大冷濾點值，℃；

Tmin—測量最小冷濾點值，℃；

d—級差系數。

4.2.2標準物質引入不確定度分量uTs

校準所用標準物質的證書上可查到標準值的擴展不確定度和包含因子，以冷濾點標準物質GBW13249為例，U=2℃(k=2)，則

uTs=2/2=1℃

4.2.3溫度計引入的不確定度分量u3

要求使用分度為1℃的水銀溫度計，不確定度分量估計服從均勻分布，則其標準不確定度為：

4.3 合成標準不確定度

以上各影響量互相獨立，所以示值誤差的合成標準不確定度uC為

4.4 擴展不確定度U

U=k·uc

取k=2，則U=2.4℃

5 結語

根據冷濾點測定儀的工作原理和實際測試工作需求，探討了一種針對冷濾點測定儀的校準方法，能夠實現對冷濾點測定儀冷濾點示值誤差、重復性和冷浴溫度誤差的綜合評價，并對冷濾點校準結果進行了不確定度評定，能夠為此類儀器的計量工作提供借鑒，并確保該儀器測量數據的準確性和溯源性。