Ⅱ級生物安全柜下降氣流流速測量結果不確定度評定

【摘要】 生物安全柜是微生物實驗室的必需品，其不僅能對操作者提供保護措施，還能在進行細菌培養時提供無菌無塵的工作環境。為了保證操作人員在操作生物安全柜過程中不受細菌的侵害，生物安全柜的各項指標需要定期進行校準。本文對生物安全柜的下降氣流流速測量結果進行不確定度評定，給出測量結果的不確定度。

【關鍵詞】 生物安全柜;下降氣流;重復性;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.012

Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Downflow Velocity of ClassⅡ Biosafety Cabinets

MA Jun

（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）

Abstract： The biosafety cabinet is a necessity of microbiological laboratory. It can not only provide protection measures for operators，but also provide a sterile and dust-free working environment for bacterial culture. In order to protect operators from bacteria，the indicators of biosafety cabinet need to be calibrated regularly. This article evaluated the uncertainty in measurement results of downflow velocity of biosafety cabinet，provided the uncertainty of measurement results.

Key words： biosafety cabinet;downflow;repeatability;uncertainty

測量Ⅱ級生物安全柜的下降氣流流速，可以使用標準計量器具進行直接測量，且測量結果受溫度、濕度、壓力等環境因素的影響可以忽略不計。因此，本文主要分析測量過程中對測量結果影響較大的不確定度分量，并對其進行不確定評定。

1 測量方法

1.1 測量與評定依據

JJF 1815-2020《Ⅱ級生物安全柜校準規范》和JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。

1.2 環境條件

環境溫度：（15～30） ℃;濕度：≤70% RH。

1.3 測量標準

風速儀，測量范圍為（0～2） m/s，最大允許誤差為±0.015 m/s。

1.4 被測對象

Ⅱ級生物安全柜的下降氣流流速，下降氣流平均流速應在（0.25～0.40） m/s之間。

1.5 測量過程

按照JJF 1815-2020《Ⅱ級生物安全柜校準規范》7.2要求，在生物安全柜的工作區上方高于前窗操作口上沿100 mm的水平面上確定測量點位置，然后多點測量穿過該平面的下降氣流流速。測量區域邊界與生物安全柜的內壁及前窗操作口的距離為150 mm，設置3排測量點，每排測量7個點，每個測量點測量3次，測量點等距均勻分布。用風速儀探頭準確定位在各個測量點進行測量。

2 數學模型

[v=13ni=1nj=13vij] （1）

式中：[v]——平均下降氣流流速，m/s;

[vij]——每個測量點單次測量的下降氣流流速，m/s;

[n]——測量點的數量。

3 不確定來源分析

根據公式（1）數學模型以及測量方法分析，測量結果的不確定度主要來源于以下三方面：1）測量重復性引入的標準不確定度分量[u1];2）標準計量器具風速儀的分辨力引入的標準不確定度分量[u2];3）標準計量器具風速儀本身引入的標準不確定度分量[u3]。

4 下降氣流流速測量結果的不確定度評定

4.1 重復性引入的不確定度分量[u1]

使用風速儀在安全柜的21個測量點進行測量，每個測量點連續測量10次（測量結果見表1），測量值的平均值為0.32 m/s。對測量結果的重復性進行分析。

合并樣本標準偏差按照公式（2）計算。

[sp=j=1mk=1n（vkj-vj）2m（n-1）] （2）

式中：m——測量點的數量;

n——每個測量點包含的測量次數;

[vkj]——第j個測量點第k次的測量值，m/s;

[vj]——第j個測量點測量值的算術平均值，m/s。

通過公式（2）計算得到合并樣本的標準偏差為：

[sp=0.007] m/s

由于每個測量點實際測量3次，因此得到重復性引入的不確定度分量[u1]為：

[u1=spn=0.0073=0.004] m/s

4.2 風速儀的分辨力引入的不確定度分量[u2]

風速儀的分辨力為0.01 m/s，分散區間的半寬為0.005 m/s，按照均勻分布計算，得到分辨力引入的不確定度分量為：

[u2=0.0053=]0.0029 m/s

根據JJF 1033-2016《計量標準考核規范》可知，當重復性引入的標準不確定度分量大于分辨力引入的標準不確定度分量時，可以不考慮分辨力引入的標準不確定度，所以，分辨力引入的不確定度分量[u2]在標準不確定度合成時可不必列入。

4.3 標準器引入的標準不確定度分量[u3]

風速儀的最大允許誤差為±0.015 m/s，按照均勻分布計算，得到：

[u3=0.0153=0.009] m/s

5 標準不確定度分量一覽表

標準不確定度分量一覽表見表2。

6 合成標準不確定的[uc]

由于標準不確定度分量[u1]、[u3]之間是相互獨立的，所以得到合成標準不確定度如下：

[uc=u21+u23]=0.0096 m/s

7 擴展不確定度[U]

取包含因子k=2，則

[U=k×uc=0.02] m/s

8 不確定度的報告

被校準生物安全柜的下降氣流流速測量結果為0.32 m/s，測量結果的擴展不確定度為：

[U=0.02] m/s [（k=2）]

9 結語

本文針對生物安全柜的下降氣流流速測量結果的不確定度進行了分析評定，給出了下降氣流流速的測量結果和測量結果的擴展不確定度，明確了測量結果的不確定度范圍，為有效評價生物安全柜的下降氣流流速的校準結果提供了方法，為Ⅱ級生物安全柜的安全使用提供了技術支撐。

【參考文獻】

[1]??? 通用計量術語及定義：JJF 1001-2011[S].

[2]??? 測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1-2012[S].

[3]??? 倪育才.實用測量不確定度[M].北京：中國質檢出版社，2016.

[4]??? Ⅱ級生物安全柜校準規范：JJF 1815-2020[S].

[5]??? 計量標準考核規范：JJF 1033-2016[S].

【作者簡介】

馬駿（1981-），女，講師，碩士，研究方向為電氣自動化技術、檢測技術的教學和研究。