一氧化碳检测报警器示值误差测量结果的不确定度评定

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一氧化碳检测报警器示值误差测量结果的 不确定度评定
，秦昀亮，宏 岩
心 （陕西 西安 710018）
摘 要 运用一氧化碳检测报警器，结合长庆油田的实际，利用测量不确定度评定的知识，通过建立数学模型、分析各输入量的 标准不确定度、合成标准不确定度及扩展不确定度，给出测量不确定度报告，以达到对一氧化碳检测报警器示值误差测量结果 的不确定度评定的目的。

关键词 一氧化碳检测报警器；示值误差；标准不确定度；不确定度评定
Abstract According to the actual situation of Changqing Oilfield, the standard certainty, the resultant standard certainty and the ex - panded certainty of all the inputs of the alarm are analyzed by establishing mathematical model and using the knowledge of the mea - surement uncertainty evaluation, and the report on the measurement uncertainties is presented to evaluate the uncertainty of indication error measurement results of carbon monoxide detection alarm.
Key words carbon monoxide detection alarm; indication error; standard uncertainty; uncertainty evaluation
作为一种有效的安全防护手段， 一氧化碳气体 检测报警器在长庆油田全部油区范围内配备。

长庆 油田技术监测中心是被陕西省质量技术监督局和甘 肃省质量技术监督局双授权的， 在油田范围内开展 一氧化碳气体检测仪、硫化氢气体检测仪、可燃气体 检测报警器、 电化学氧测定仪 4 种有毒有害气体检 测仪器强制检定的唯一单位。

技术监测中心的检定 能力，是影响全油区安全生产的重要因素，因此，需 要对技术监测中心的该检定项目进行校准测量能力 评定。

1 测量过程简述
1）评定依据：JJF 1059.1-2012《测量不确定度评
定与表示》。

2）测量依据：JJG 915-2008《一氧化碳检测报警
器》。

3） 测量环境条件 ： 温 度 （0～40）℃； 相 对 湿 度≤ 85%；无影响仪器正常工作的电磁场干扰。

4）气体标准物质：空气中一氧化碳气体标准物
（0～500）×10-6mol/mol 。

6）测量方法：首先按照仪器使用说明书的要求
对仪器进行预热稳定以及零点和示值的调整。

然后 依次通入浓度约为 1.5 倍仪器报警（下限）设定值、
30%测量范围上限值和 70%测量范围上限值的标准
气体，记录气体通入后仪器的实际读数。

重复测量 3 次， 取 3 个浓度测试点仪器读数值的算数平均值与
标准气体的浓度值之差， 除以标准气体浓度值的百 分比即为一氧化碳检测报警器的相对示值误差[1]。

2 数学模型
一氧化碳检测报警器的示值误差计算按下式：
－ Δe = A -A s ×100% （1）
A s
式中：Δe 为一氧化碳检测报警器的相对示值误
差；－ 为 3 个浓度测试点仪器读数值的算数平均值； A s 为标准气体的浓度值。

3 各输入量的标准不确定度评定
－ －
质（以下简称标准气体），其扩散不确定度 U ≤2.0%
(k =2)。

5）被测对象：一氧化碳检测报警器 ， 测量范围
3.1 输入量A 的标准不确定度 u (A )的评定
输入量－
的标准不确定度来源主要是该报警器
的测量重复性及仪表分辩力引入的不确定度[2]。

作者简介：贾春虎（1965-），男，高级工程师，主要从事油气田技术监测管理工作。

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u + u 2 4
－
坠E ＿
－
3.1.1 重复性测量引入的标准不确定度 u (A 1)的评定
－
u (A 1)可通过 10 次连续测量得到，采用 A 类方
法评定。

用本标准装置对油田常见的某型号一氧化 碳检测报警器，通入浓度为 150×10-6mol/mol 的标准 气体进行 10 次连续测量。

得到被测一氧化碳检测报 警器的测量列为：（149、150、148、150、151、150、151、
根据标准不确定度的评定原理， 仪表分辨力导 致的标准不确定度分量远小于重复性测量引入的标 准不确定度分量， 即重复性测量引入的不确定度已 经包含了仪表分辨力带来的影响，该分项可以忽略。

根据上文可知，两分量相差不大，所以仪表分辨力导 致的不确定度分量不可忽略。

－ －
151、149、148）×10-6
mol/mol 。

3.1.3 输入量A 带来的标准不确定度 u (A )的计算
－ － －
其单次实验标准偏差为：
n
姨
i =1
u (A )= 姨u 2(A 1)+u 2(A 2) =0.481×10-6 （8）
自由度：
－
－
s = Σ(x i -x )2/(n -1) =1.160×10-6mol/mol （2）
ν(A ) u 4
(A ) = 0.4814
=26 （9） 任选 3 台该型号一氧化碳检测报警器， 选择浓 度为 100×10-6、150×10-6、400×10-6mol/mol 的标准气 4 －1 ν(A 1) 4 － ν(A 2)
0.6304 81 + 0.289 50 体，通入被检表，在重复性条件下连续测量 10 次，共 得到 9 组测量列。

每组测量列分别按上述方法计算， 得到单次实验标准偏差见表 1。

表 1 9 组实验标准差计算结果
合并样本标准偏差：
q
2 -6 3.2 输入量 A s 的标准不确定度 u (A s )的评定
输入量 A s 的标准不确定度 u (A s )主要来源于一
氧化碳气体标准物质浓度标准值的不确定度， 可以 通过标准气体证书得到，使用 B 类不确定度评定方 法[3]。

一氧化碳气体标准物质为国家一级标准物质， 根据证书，其定值的相对不确定度 u (A s )=1.5%(k =2)。

其标准物质的不确定度为：
u r (A s )= u (A s ) =0.75%
（10）
k
根据 JJF1059-1999 《 测量不确定度评定与表 示》中 Δu (A s )/u (A s )与 ν(A s )的关系，估计 Δu (A s )/u (A s )=
，则自由度 ν(A s )=50。

s p =
1
Σs
j =1.090×10 （3） 0.10
姨
m j=1
4 合成标准不确定度及扩展不确定度
实际情况下是在重复性条件下连续测量 3 次， 以 3 次测量的平均值为测量结果， 则其平均值的实 验标准差，即标准不确定度为：
u (A 1)= s p =0.630×10-6
（4）
姨 3
的评定 4.1 灵敏系数 c 1=
－ =1，c 2= 坠A
坠E 坠A s
=-1 （11）
－
m
4.2 各标准不确定度分量汇总及计算表
自由度：v (A 1)=Σv i =9×（10-1）=81
（5）
i=1 标准不确定度汇总及计算表具体见表 2[4]。

－
3.1.2 仪表分辩力导致的标准不确定度 u (A 2)的评定
由仪表分辨力导致的示值误差区间半宽为
0.5×10-6
，按均匀分布 k = 姨 3 －
，其标准不确定度为：
u (A 2)=（0.5×10-6）/
姨 3 =0.289×10-6 （6）
－ 估计 Δu (A 2)
－ u (A 2)
=0.1， － -2 则自由度 u (A 2)= 1
姨 － 2 姨
=50 （7） – Δu (A )
2 u (A 2)
（下转第 67 页）
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图 2 0.05%甲醇加入泡排剂的谱图
良好的检测条件适用性， 在不同实验室使用不同检 测仪器都得到了良好的检测准确度及精密度。

3）通过开展方法精密度、准确度和检出限等实
验对本方法进行了评价， 并对样品中干扰做了一定 的处理，使本方法具有较好的适应性，值得推广。

4）本方法的选择性目前主要考虑凝析油，随着
气田发展在引入其他干扰物时需要开展相关选择性 方法确定。

5）本方法耐用性要求较低，在不同品牌的气相
色谱仪及多个实验室中都得到了较稳定的结果。

5 结论
图 3 15.0%甲醇加入凝析油的谱图
参考文献：
[1] 李薇.检测白酒中甲醇、杂醇油的方法探讨[J].预防医学论
坛，2009，15（9）：862-863.
[2] 刘虎威.气相色谱方法及应用[M].北京：化学工业出版社 ，
2007.
[3] GB/T 5009.48-2003 蒸 馏酒与配制酒卫生标准的分析方
法[S].
1）用气相色谱法测定水中的低含量甲醇的浓
度，能针对气田范围内甲醇存在的特点，通过样品预 处理，分析方法条件的改变准确、快速的分析目标物 的含量。

按照我国相关环保规定要求，水中甲醇限定 含量是 0.1%， 应用本方法可以保证甲醇检测的要 求，且可以在较大范围内保持线性，适用范围较广。

2）本方法检出限较好，在实际应用中完全满足
了对极低甲醇含量的检测， 对低含量甲醇的检测有
[4] GB 7917.4-1987 化妆品卫生化学标准检验方法[S].
[5] GB 11792-1989 测试方法的精密度在重复性或再现性条
件下所得测试结果可接受性的检查和最终测试结果的确 定
[S].
本文编辑：左学敏 收稿日期：2014-06-05
（上接第
61 页）
4.3 合成标准不确定度
因为输入量和,彼此独立不相关，所以合成标准
不确定度可以按照式(12)计算[5]：
－ u c = 姨c 1 u (A 1)+c 2 u (A s ) = 2 2 2 2
姨0.4812
+0.7502
=0.890%
（12）
4.4 扩展不确定度的评定
取 k =2， 所以一氧化碳检测报警器的测量结果 的扩展不确定度为 u =0.890×10-6×2=1.78%,k =2。

5 测量不确定度的报告和表示
一氧化碳检测报警器示值误差测量结果的扩展 不确定度分量有足够的认识， 以便对其进行正确的 评价。

参考文献：
[1] JJG 915-2008 一氧化碳检测报警器[S].
[2] 宣安东.实用测量不确定度评定及案例[M].北京：中国计量 出
版社,2009.
[3] 国家质量技术监督局计量司组.测量不确定度评定与表示 指南
[M].北京：中国计量出版社,2005. [4] 倪 育 才.实用测量不确定度评定[M]. 北 京 ： 中 国 计 量 出 版
社,2009.
[5] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京：机械工业出版社, 2005.
不确定度为：U =1.78%,k =2。

合理的不确定度评定对能力验证结果至关重 要，在计量工作中，需要对不确定度评定设计的每个
本文编辑:王梅 收稿日期:2014-05-22
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