車用窗簾布遮光率測試不確定度的分析

馬 玲，黃 楊，張小琪，沈悅明

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

0 引言

窗簾的遮光率是指一定強度的光（模擬日照）照射到試驗樣品的陽光照射面，通過測試光線透過試樣的發光照度與無試樣時所得的照度進行比較，計算其遮光率。車用窗簾相比于家用窗簾來說，對其遮光率的要求更高，所用材質也與家用窗簾有所不同。車用窗簾不僅需要有優異的阻燃性能和耐曬性能，還需要有較好的遮光性能，只有同時具備這些條件才可體現出車用的舒適性和安全性。

車用窗簾織物的遮光率受到多種因素的影響，如織物的色彩、緊密度及厚度，它們都與遮光率有很大的關系[1]。為保證試驗結果的穩定性，本文選用常用的平紋組織車用窗簾黑色織物（該織物具有0.4 mm循環數為10的經緯紗，且經緯密均為500 根/10 cm）進行測試。

測量車用窗簾布遮光率不確定度的意義主要在于對遮光率測試結果的肯定程度，證明結果的可依賴性。當測試出結果的不確定度越小，說明其檢測結果的可信程度越高，其利用價值也越高；當測試出結果的不確定度相對較大，說明其結果的可信程度較弱，試驗存在較多的不穩定因素。因此，對窗簾布的遮光率進行測試不僅可增加測試的可信度，還能夠增強測試結果的相比較性。

1 測試原理與方法

1.1 儀器與設備

試驗所用儀器為日本大榮科學精器制作所生產的LBC-10A遮光性試驗機（見圖1），光源鹵電燈球電壓為100 V，功率為500 W，照度計的試驗范圍為0.01～l 00 000 lx，照度計精度為±2%。

圖1 LBC-10A遮光性試驗機

1.2 測試方法

參照FZ/T 62025—2015《卷簾窗飾面料》進行試驗。通過穩定且具有一定強度的光量照射在試樣的陽光照射面，測量光線透過試樣的發光照度，與無試樣時的照度相比較，計算出遮光率。

首先調整儀器的狀態，進行零點校正，通過旋轉光源照度調節旋鈕調節光源照度，并在光源照度顯示值為100 000×（1±5%）lx 的狀態進行測試。平鋪試樣（確保試樣表面處于平整、無褶皺的狀態），將試樣接觸光照的一面朝上，并用壓圈將試樣壓住，在試驗箱上方受光圓孔的上部測定試樣透過光線的強度。

1.3 原材料選擇與取樣方法

車用窗簾黑色織物，具有0.4 mm循環數為10的經緯紗，組織為平紋組織，經緯密均為500根/10 cm。試驗所用試樣的規格為20 cm×20 cm，共20 組，每組試樣3塊，成分均為100%聚酯纖維。取樣時，應在距離面料末端大于1 m、距布邊大于1/10 幅寬處隨機取樣，且樣品應參照GB/T 6529—2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》要求在標準大氣條件下進行調濕。

2 不確定度評定模型

可按式（1）建立不確定度評定的數學模型。

式中：

T——遮光率；

i1——試樣安裝后的照度值,lx；

i0——無試樣時的照度值，lx。

2.1 測量不確定度的來源與分析

測試遮光率的不確定度主要包括獲取樣品、遮光率儀器、重復操作與測試及數值修約產生的不確定度。其中，隨機因素產生的不確定度為樣品的隨機因素產生的不確定度，主要包括樣品重復操作帶來的隨機因素和樣品的均勻性帶來的隨機因素。儀器誤差產生的不確定度為系統不確定度，主要包括儀器產生的基本偏差（照度計的不確定度）和數值修約引入的不確定度[2]。不確定度的主要構成部分見圖2。

圖2 不確定度主要構成部分

2.2 隨機效應導致的不確定度

重復性測試與樣品的均勻性產生的不確定度需要一定的數據進行測試方可獲得。本文對20塊相對穩定的面料進行測試，每塊樣品測試3 次，對隨機因素產生的A類不確定度進行測試，并對獲得的數據進行處理、分析。依據標準要求對樣品進行觀察測試、分析，共獲得20組（i1～i20）、每組3個（i1～i3），共計60個觀測值，詳見表1。

表1 20組試樣的照度值

表2 20組試樣的遮光率

A類標準不確定度的評定方法有很多種，相對比較常見的是用貝塞爾法和極差法進行數據處理。由于本文采取的測量數據次數大于10 次，所以采取貝塞爾法進行數據處理以及分析，且貝塞爾計算的不確定度可信度相對比較高。

由貝塞爾法計算重復性引入不確定度ua。先分別計算20組觀測值的試驗標準差sj（xk）。由于每組包含的測量次數均為3次，總共試驗次數為60次，通過計算得出的試驗測試平均值為98.490%。因此，合并樣本標準差sp（xk）可以按式（2）進行計算，從而得出試驗標準偏差s=0.060 44。

式中：

j——第j組；

k——第k次。

同時，按式（3）計算60組數據平均值的標準偏差，即可得出由試樣的均勻性與重復操作產生的不確定度Ua。式中N代表試驗次數，由于計算的最終獲得結果為20組，因此，N取20。

2.3 儀器基本誤差引入的不確定度ub1

根據LBC-10A 遮光性試驗機的檢定證書查得，其不確定度為±2%。由于系統不確定度分布包括均勻分布、正態分布、反正弦分布、三角分布、梯形分布，而儀器產生的誤差又比較穩定，在[-2,2]之間波動，因此儀器產生的基本誤差可使用均勻分布進行計算。根據LBC-10A 遮光性試驗機的檢定證書查得，其不確定度為±2%，擴展因子k=2，因此相對不確定度：urel。

儀器基本誤差引入的不確定度可以按ub1=urel×xˉ進行計算，即：ub1=。將相對不確定度urel,b1及20 組數據的平均值98.49%代入后計算得到ub1=1.137 3。

2.4 數值修約引入的不確定度ub2

根據標準要求，遮光率測試結果應修約至整數。因此數值修約引入的不確定度ub2可以按ub2=進行計算，式中a為1,平均值為98.49%。計算得到數值修約引入的不確定度ub2=0.284 3。

2.5 合成不確定度

由于隨機因素產生的不確定度，以及儀器誤差、數值修約產生的不確定度為獨立不相關關系，因此其合成不確定度按式（4）進行計算，并將ua、ub1、ub2不確定度分量代入來計算其合成不確定度，計算得出合成不確定度為uc=1.172 0

2.6 擴展不確定度

擴展不確定度計算的目的，主要是使遮光率測試的結果大部分分布于此區間內。通常情況下，擴展不確定度是由合成不確定度和擴展倍數的乘積計算獲得的，其本質主要是合成不確定度擴展K倍得到的結果，即：u=uc×K 。其中，K 為包含因子，一般情況下K是根據置信區間來選擇的，而置信區間主要用于排除一些特殊情況造成的可信程度，對于大部分試驗來說，主要是隨機因素和一些偶然因素的存在。

一般情況下，當選擇95%的置信水平時，K值為2。除非是特別穩定的試驗，其置信水平能夠達到99%，才會選擇K 值為3。本試驗選擇K 值為2 時，所得擴展不確定度u 值為2.345 0。

3 結論

（1）對于車用窗簾織物來說，操作的隨機性與樣品的隨機性對樣品的不確定度影響較大，因此在操作過程中要盡可能保持樣品的均勻性，避開操作的差異性和樣品的褶皺與布邊。

（2）儀器基本誤差產生的不確定度相對較高，雖然數值的修約對數據的最終結果影響不大，但儀器的基本誤差對不確定度的影響相對較大，因此在操作儀器的時候要注意光源電燈球的穩定性。

（3）樣品的不確定度與樣品結構有關，選用結構穩定、差異性較小的織物獲得的不確定度結果較小；對于樣品結構差異性較大的織物來說，可能得到的不確定度數據偏大。