粉塵濃度校準裝置中以重量法為標準采樣裝置示值誤差的不確定評定

李玄曄 張江賓

河北省計量監督檢測研究院 河北石家莊 050000

粉塵濃度測量儀廣泛應用于環境監測、職業衛生防護中，粉塵濃度測量儀的測量數據是空氣環境治理的重要依據，其測量的數據是否準確，將對政府制定環境治理政策產生影響。目前國內大部分計量檢定機構通過采用標準粉塵儀表對粉塵濃度測定儀進行的檢定或者校準，本文通過重量法作為參考方法來對粉塵濃度測量儀進行檢定或校準的不確定度評定[1]。

1 概述

（1）測量依據：JJG846-2015《粉塵濃度測量儀》。

（2）環境條件：溫度（15-30）℃，相對濕度不大于85%。

（3）測量標準：粉塵濃度檢定裝置：均勻性不超過5%，穩定性不超過5%；電子天平：（0-6.1）g，分度值0.001mg；流量計：1.0級；秒表：分度值0.01s。

2 測量模型

粉塵濃度測量儀檢定使用的粉塵：用200目過濾篩過濾后的干燥煤塵、滑石粉、單分散相聚苯乙烯粒子或其它粒徑小于或等于被檢測量儀切割粒徑的適宜的粒子；

測試段中重量法標準采樣裝置采樣口和受檢測量儀采樣口兩個安裝采樣點的3次采樣測量平均值的相對偏差應不大于5%；6次測量穩定性相對實驗標準偏差應不大于5%，即為S1=5%。

數學模型是：

式中：δ—粉塵測量誤差，%；

ρ1—粉塵濃度測量儀顯示平均值，mg/m3；

ρ0—重量法標準采樣裝置采樣、測量平均值，mg/m3。

3 標準不確定度評定

輸出量ρ1的不確定度來源主要包括粉塵裝置中粉塵濃度的穩定性、均勻性及被檢儀器測量的重復性三個方面。

3.1 粉塵穩定性引入的標準不確定度

我們選擇一臺量程為（0-10）mg/m3，最大允許誤差為±5%的參考粉塵濃度測量儀進行檢定。根據規程，標準采樣裝置采樣口和受檢測量儀采樣口兩個安裝采樣點的3次采樣測量平均值的相對偏差應不大于5%；6次測量穩定性相對實驗標準偏差應不大于5%，即為S1=5%。每點檢測中用6次顯示值的平均值作為每組的顯示值，且重復測量3組，按均勻分布引入不確定度分量：

3.2 粉塵均勻性引入的標準不確定度u2

3.3 儀器測量重復性引入的標準不確定度

根據規程要求，進行檢定時使用的被檢儀器的顯示值的6次讀數的平均值A作為儀器的顯示值，在50%量程點，對于這臺儀器，重復性檢定時使用的粉塵濃度約為5mg/m3。

單次實驗標準差的計算公式：

重復性的計算公式。

用該臺儀器在5mg/m3濃度點連續獨立讀取6個顯示值分別為4.88、4.92、4.95、4.98、4.99、5.02；將該組數據計算得到：

S2=0.05mg/m3

根據規程要求，儀器的顯示值是在相同的試驗條件下連續測量6次，則可得到：

3.4 被檢儀器顯示值的不確定度分量

綜合3.1、3.2、3.3，由于儀器的重復性和粉塵的穩定性、均勻性彼此獨立，則：

3.5 標準采樣裝置引入的不確定度分量

3.5.1 數學模型

濾膜采集的粉塵質量 Δ m=m2-m1

重量法標準粉塵濃度為：

3.5.2 標準不確定度評定

重量法標準粉塵質量濃度引入的不確定分量u(ρ2)分別有流量計引入的不確定分量，電子秒表引入的不確定分量，電子天平引入的不確定分量，檢定裝置穩定性引進的不確定分量[2-3]。

采樣流量引入的不確定度分量

標準采樣裝置中流量計的不確定度分量，根據檢定規程規定，流量計的最大允許誤差為±1.0%，則：

采樣時間引入的不確定度分量

采樣時間t使用電子秒表計時，1h內最大允許誤差0.10s，服從均勻分布，則采樣時間引入的不確定度分量為：

稱量濾膜引入的不確定度分量

濾膜采集的粉塵質量由電子天平稱量得到，每張采樣后濾膜質量一般為100mg，電子天平最大允許誤差0.005mg，估計電子天平引入誤差0.01mg，服從均勻分布，則電子天平引入的不確定度分量為：

粉塵測量儀檢定裝置穩定性對標準采樣裝置影響的不確定度分量

粉塵測量儀檢定裝置均勻性對標準采樣裝置影響的不確定度分量

3.5.3 合成標準不確定度

3.6 計算合成標準不確定度

4 擴展不確定度的評定

擴展不確定度U為：

5 測量不確定度的報告與表示

粉塵濃度測量儀示值誤差檢定結果的擴展不確定度：

6 結語

通過最終測量結果不確定評定可知，重量法作為參考方法來對粉塵濃度測量儀進行檢定或校準的不確定度可滿足JJG846-2015《粉塵濃度測量儀》中要求。因電子天平引入的不確定更小，重量法相比參考粉塵儀方法不確定度更小。