光干涉甲烷测定器示值误差测量不确定度分析

　　0 引言

　　光干涉式甲烷测定器是煤矿典型的甲烷测量仪器，它的准确与否直接影响到煤矿的安全生产。根据JJG677 - 2006《光干涉式甲烷测定器》国家计量检定规程规定，在环境温度为( 15 ～35) ℃，波动不大于 ±2℃ ; 环境相对湿度≤85% ; 周围环境无影响检定的干扰气体的条件下采用数字压力式光干涉甲烷测定器检定仪作为计量标准器进行检定。光干涉式甲烷测定器的示值误差用绝对误差表示，且不应超过规程中表1、表2 的规定，其中在( 0 < x≤1) %CH4测量段的允许基本误差为 ±0.05%CH4。计量标准器的最大允许误差应满足规程中表3 和表4 的要求，其中在( 0 ＜x≤1) % CH4测量段最大允许误差为 ±0．015%CH4。

　　大家知道该测量段的基本误差限是所有测量段中最为苛刻的，最具有代表性，所以本文依 据JJF1059 - 1999《测量不确定度评定与表示》对该测量段的示值误差进行测量不确定度评定。

　　1 数学模型及灵敏系数

　　被检光干涉式甲烷测定器的示值误差为:

　　2 测量不确定度的来源

　　光干涉式甲烷测定器示值误差的测量不确定度来源主要有:

　　1) 被检光干涉式甲烷测定器的测量重复性( 包括甲烷测定器的零点漂移、分辨力、检定读数误差以及检定过程中的其它随机因素等) 对甲烷测定器示值误差的影响引入的标准不确定度;

　　2) 计量标准器数字压力式光干涉甲烷测定器检定仪引入的标准不确定度包括检定环境温度的波动值的影响引入的标准不确定度分量和标准器最大允许误差引入的标准不确定度分量两部分。

　　3 标准不确定度评定

　　3. 1 由被检光干涉式甲烷测定器示值测量重复性引入的标准不确定度 u( xd) 。

　　测量不重复性引入的标准不确定度，可以通过在重复条件下连续测量得到的一组数据列，用测量不确定度的 A 类评定方法得到。现在甲烷浓度值为 1%CH4处重复测量 6 次，测得值见下表:

　　单次测量的实验标准偏差为:

　　在正常的检定条件下，每个检定点上被检光干涉式甲烷测定器的显示值通过三次读数的算术平均值计算得到，故 xd的标准不确定度 u( xd) 为：

　　3. 2 由温度 t 波动引入的标准不确定度分量 u( xst) 以及计量标准器最大允许误差引入的测量不确定度分量 u( xsp) 。

　　3. 2. 1 温度波动值引入的标准不确定度分量u( xst)

　　假定温度为 20℃，在甲烷浓度 1% CH4处，由甲烷浓度与压力、温度对应关系式 x = p/1. 7665( 273 + t) 计算出压力值为 518Pa。而温度从 20℃波动到 22℃，波动度为 2℃时，换算成甲烷浓度值为: