實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)棉花物理指標(biāo)不確定度的評(píng)定

文/丁時(shí)永 張賀軒 郭依群

測(cè)量不確定度是利用可獲得的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)，其是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，同一概率水平下，測(cè)量不確定度越大，表示測(cè)量能力越差；反之，表示測(cè)量能力越強(qiáng)。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)棉花物理指標(biāo)測(cè)試不確定度進(jìn)行評(píng)定，旨在探討基于現(xiàn)行棉花標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量規(guī)范和現(xiàn)有檢驗(yàn)儀器設(shè)備等條件我國(guó)棉花檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該具備的測(cè)量能力。

1 評(píng)定概述

1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 20392—2006《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》。HVI1000型大容量棉花纖維測(cè)試儀操作規(guī)程（2013年第3版）。

1.2 儀器設(shè)備和測(cè)試環(huán)境

HVI1000大容量棉纖維測(cè)試儀。環(huán)境溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度（65±3）%。

1.3 測(cè)試程序

依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，將棉花樣品在規(guī)定溫、濕度條件下平衡至規(guī)定時(shí)間，利用HVI1000，對(duì)其馬克隆值、反射率

Rd

、黃度+

b

、棉花長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度和斷裂比強(qiáng)度等物理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果。

1.4 不確定評(píng)定結(jié)果的應(yīng)用

符合上述條件或十分接近上述條件的測(cè)量結(jié)果，一般可以直接使用本不確定度評(píng)定的結(jié)果。

2 測(cè)量模型

物理指標(biāo)測(cè)量值

q

由HVI1000的顯示（輸出）值直接給出，因此，測(cè)量模型可描述為式（1）：

其中：

q

與馬克隆值、

Rd

、+

b

、長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度和斷裂比強(qiáng)度等物理指標(biāo)對(duì)應(yīng)時(shí)，分別代表對(duì)應(yīng)指標(biāo)，下同。

3 不確定度來源分析

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)主要存在下列方面產(chǎn)生的不確定度分量：（1）測(cè)量過程的隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量，包括樣品均勻性、預(yù)調(diào)濕、調(diào)濕、稱樣、制樣、人員上機(jī)操作和儀器測(cè)量的重復(fù)性等；（2）測(cè)量過程的系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量，包括HVI系統(tǒng)校準(zhǔn)；（3）校準(zhǔn)樣品不確定度分量；（4）結(jié)果修約導(dǎo)致的不確定度分量。

4 不確定度的評(píng)定

4.1 測(cè)量過程的隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量

導(dǎo)致隨機(jī)效應(yīng)的因素可分為樣本本身的隨機(jī)因素和測(cè)量過程的隨機(jī)因素兩部分，這些隨機(jī)因素綜合在一起影響棉纖維物理指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了中間精密度研究方案，選取7個(gè)質(zhì)量水平的樣品，在不同日期，由不同人員（3人）利用不同的儀器（3臺(tái)）在統(tǒng)計(jì)狀態(tài)（1.3 測(cè)試程序）下進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果詳見表1，不同質(zhì)量水平樣品測(cè)試的物理指標(biāo)均值和精密度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。

表1 不同質(zhì)量水平的棉纖維物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果一覽表

續(xù)表1 不同質(zhì)量水平的棉纖維物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果一覽表

續(xù)表1 不同質(zhì)量水平的棉纖維物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果一覽表

表2 不同質(zhì)量水平的棉纖維物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果均值和精密度統(tǒng)計(jì)表

對(duì)表2中的各物理指標(biāo)在不同質(zhì)量水平下的

x

與

S

(

x

)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出各相關(guān)系數(shù)（表3），結(jié)果表明，各物理指標(biāo)的測(cè)量水平

x

與測(cè)量結(jié)果的精密度

S

(

x

)無關(guān)，

S

(

x

)在不同的質(zhì)量水平下雖有所波動(dòng)，但總體上上限可控，且趨于穩(wěn)定。

表3 棉纖維物理指標(biāo)不同質(zhì)量水平均值與精密度相關(guān)性分析表

取各物理指標(biāo)測(cè)量結(jié)果精密度中的最大值作為該方法隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量的計(jì)算基準(zhǔn)，按式（2）計(jì)算各物理指標(biāo)由測(cè)量過程隨機(jī)性引入的不確定度分量（表4）。依據(jù)1.1，各類棉花公證檢驗(yàn)工作中，馬克隆值、

Rd

、+

b

、長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度和斷裂比強(qiáng)度提供結(jié)果分別取1、4、4、2、2和2次測(cè)量結(jié)果的均值。

表4 測(cè)量過程隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度分量

其中，

M

為提供結(jié)果需要的測(cè)量次數(shù)。

4.2 測(cè)量?jī)x器不準(zhǔn)引入的不確定度分量μq1

表5 儀器測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量

4.3 校準(zhǔn)棉樣（校準(zhǔn)瓷板）不勻引入的不確定度分量μq2

由于校準(zhǔn)棉樣和校準(zhǔn)瓷板的證書中未給出不確定度，但理論上認(rèn)為，其不確定度應(yīng)遠(yuǎn)小于測(cè)量系統(tǒng)的不確定度，故校準(zhǔn)棉樣和校準(zhǔn)瓷板引入的不確定度可忽略不計(jì)。

4.4 結(jié)果修約導(dǎo)致的不確定度分量 μq3

表6 結(jié)果修約引入的不確定度分量

4.5 合成不確定度的評(píng)定

以質(zhì)量水平1測(cè)量結(jié)果為例，計(jì)算各物理指標(biāo)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。μ、μ、μ和μ之間相互獨(dú)立，互不相關(guān)，因此，測(cè)試環(huán)節(jié)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(

qs

)可以采用方和根的方法合成，按式（5）進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)按慣例，取包含因子

k

(

c

)=2，包含概率

p

≈95%，按式（6）計(jì)算擴(kuò)展不確定度μ(

qs

)，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 測(cè)試環(huán)節(jié)棉纖維物理指標(biāo)擴(kuò)展不確定度

5 討論與結(jié)論

5.1 試驗(yàn)證明，棉花物理指標(biāo)的不同測(cè)量水平與測(cè)量結(jié)果的精密度無關(guān)。本文對(duì)測(cè)試環(huán)節(jié)棉纖維物理指標(biāo)測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定，分析了其在一定概率水平下數(shù)值的分散性，為合理確定實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)物理指標(biāo)的允許偏差提供了依據(jù)。

5.2 本文結(jié)論在測(cè)試的區(qū)間數(shù)據(jù)取值方面，均取最大值用于相關(guān)不確定度分量的計(jì)算，原因在于：第一，這些最大值反映的事實(shí)確實(shí)存在，日常檢驗(yàn)中可能遇到相似情形，不應(yīng)規(guī)避且應(yīng)當(dāng)予以考慮；第二，增加評(píng)定結(jié)論的包容性，提高評(píng)定結(jié)論的準(zhǔn)確度。

5.3 測(cè)量過程中隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度分量是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)節(jié)各物理指標(biāo)合成不確定度的主要來源之一，對(duì)其控制好壞決定了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試能力的高低，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)完善管理水平，操作人員應(yīng)規(guī)范操作行為，嚴(yán)格檢驗(yàn)條件，以降低由其引入的不確定度分量，提高檢驗(yàn)質(zhì)量。