移液器容积值测量值的两种不确定度评定方法-论文.pdf

'罗志表：移渡器容积值铡量殖的两种不确定度译定方法移液器容积值测量值的两种不确定度评定方法罗志东(贵州省计量测试院，贵州贵阳550003)摘要：以JJC,646—2O06及／SO／TR20461资料中移液器容积值计算公式作为测量模型进行不确定度评定，并对评定过程和结果进行分析、比较．以期了解进行移液器容积值测量时应重点关注的不确定度分量，可采取相应措施，提高测量准确度；同时了解我国现行检定规程与国际标准之间的相同点和不同之处。关键词：移液器；容积值；测量；比较；测量模型；不确定度评定中图分类号：TB9文献标识码：A国家标准学科分类代码：410．55TwoMethodsofUncertaintyEvaluationforPipetteVolumeCalibrationLuoZhidong1序言一Cm：一a：_[1+／3(20—)]移液器是将液体从容器内吸出，移人另一容器内的m—pb(p一)”川计量器具。主要用于石油工业、环境监测、医药卫生、食。：一：一万([1+(20一)]，一)一品安全等科研部门的生化分析工作中，作为液体的取样或加液使用。。：一3p：[1+卢(20一￡)]。一(一P口)。目前我国开展移液器检定工作依据的检定规程是cP¨_：一一[1+5(20一￡)川]JJG646—2006<移液器》，由该规程知移液器实际容积值计算公式是=[1+fl(20一)]；查阅有关。p：—a：一((20一)一Pa)国际文献资料知：ISO／TR20461移液器实际容积值计算cI一3t一一删×公式是=m×Z×Y。本文采用上述两个数学公式作3ISO／TR20461评定方法为测量模型进行不确定度分析，并进行比较，以期了解我查国际文献资料，ISO／TR20461可得到以下资料国现行检定规程与国际标准之间的相同点和不同之处。3．1测量模型2：2JJG646—2oo6{移液器》评定方法=m×Z×Y(1)2．1测量模型1：式中：m=m2一m1一m(2)=[1+p(2o)]m一天平测得的称量容器内实际得到的水的质量值；该公式表明测量时得到的值是与m，P6，Pa，，ml一称量鸯器内未装^被测量水之府茸天平的渤值；，t有关的函数，即：m一被测量水装人称量容器后天平的读数值；=F(Xi)=F(m，l06，ID。，l0，，t)mE一在称量过程中由于水挥发而损失的质量值；式中：一标准温度2I)℃时移液器的实际容量，m3；z一浮力修正和质量与体积转换的综合因子；m一被检移液器所排出的蒸馏水表观质量，kg；l，移液器热膨胀系数的修正因子。一砝码密度，取8000kg／m3；1一＆f0一检定时实验室内的空气密度，取1．2km3；z：×—：×(3)1一＆pbp一。』D一蒸馏水在℃时的密度，kg／m3；被检移液器的体胀系数，取4．5×10I4／℃；式中：一水的密度；一检定时蒸馏水的温度，℃。pa一空气的密度；2．2灵敏系数p6一校准天平用的标准砝码密度[根据国际法制计收稿日期：2014—04—28 《钟|与测试技~)2ot4年第41卷第7露量组织的规定由不锈钢材料制造的砝码密度为P6=由于P一，一PlDlO00kg／m3，1一卢8000k(~]。(一脚)1和P6一，使用这些近似值可得到以4下灵敏系数=口f圪[ISO／TR20451](4)c==~10-3m3式中：tw一测量介质水的温度，单位：摄氏度cc；ao=999．85308kg／m3；印==一m×mb-~ga)a1=6．32693X10一oC一kg／m3；a2=8．523829X10—3oC一2ke／m3；,一×(一锄)一一-o()-1×m×(一2o．ooc)a3=6．943248X10一oC一kg／m3；ad=3．821216x10一℃一kg／m3。clf』==一×mb-~ga×卢一m‘ddp×J8tdbp"一p口pmIkip。+(2+k3)——一(5)若取=4．5×10一℃一式中：t。0=273．15％；a=薏=×p口一压力，单位：帕斯卡(hPa)；一相对湿度，用百分比表示(％RH)；cfj：一5(℃)-I×m￡。一空气温度，用摄氏度(cC)表示；：一一××，kPb-pPoa)×(善4k1=0．34844(kg／m~)℃／hPa；P6(一)^、2=一O．O0252kg／m3；一×(喜)后3=O．02o582(kg／m3)℃。移液器的热膨胀系数校正公式如下若t~=21．0℃时，3t=(善4)=5．2728×10—1wY=1一j9(td—td20)(6)℃一-式中：体胀系数，℃；td一移液器的温度，单位Ⅱr是摄氏度(℃)；td20=20．O~C。上式可表达为：温度f，f。和幻均被假定为互不相关，事实上t和=瓦aF—m×5．2728×t。一1-k幻的值与t值是密切相关的。只是由于移液器是手持式Pm~3~C～=5．2728×计量器具，且应该考虑到测量过程中水分蒸发冷却的影(℃)-1×m=×[1td-td20)]×响量较大，同时手的温度变化对td也有较大的影响。由klmkl此两项引人的差异值往往大于由于温度测量不准确带来．×．——≈X——t4+taOIDt口+tao的影响量。公式(1)到(6)可合并为以下公式塑一一Pn一3p一apoapV2o=rn××[1一(一脚)](7)4若t。=20．0℃，则该公式表明测量时得到的值是与m，，t。，P。，cpfJ=OF~，卢，幻和一些常数有关的函数，即1．2x10-9(峨)～×m=F(Xi)=F(in，，t，P。，，卢，td；一些常数)=×[1一(—d20)]××ISO／TR20461合并后的上述公式(7)与JJG646—2006检定规程中的数学公式两者几乎完全相同，仔细比m2+k3≈X——较发现主要有以下不同之处：(1)ISo一20461国际资料对』Dt口+tao于Pa，两个量有详细的数学公式，检定规程JJG646—一一望—a一aP口a2006中对于，两个量没有给出详细的数学公式，通若t。=20．0~C，则常P。是固定取1．2kg／m3；(2)JJG646—2006检定规程计算公式中的是指蒸馏水的温度，而ISO／TR20461资料c=一·(％)～×m中数学公式中温度t是表示移液器设备自身的温度。aOFaFpamet==×=×[1-(幻一￡锄)]×3．2灵敏系数aa。为简化计算，可采用下面的近似数进行本次不确定二、，2二二畦度的评价。(Pw一Pa)2(t+taO) 罗志东移液器容积值翻量值的两种不确定痰评定方法天平：最大称量220g，分度值为：lOng；×—平均容积值：V2o=100．3p．L；如果=50％RI-I，P。=1013hPa，同时t。=20．O℃，则随机测量误差(实验标准偏差)：s()=0．4／~L；平均值的实验标准偏差：c．=篆5(等℃m()=S()=s()／4忍=0．4A／10=0．126t~L4测量条件系统测量误差：V2o—V=0．3。对标称容量为100t~L的移液器进行十次测量的情况5两种评定方法得到的不确定度汇总表见表1、表2表1JJG646—2oo6(移液器》衡量法容量值不确定度计算表不确定度来源测量值数值测量值数值传播系数传播系数值各翁准不各差警6比较分析表1、表2得表3()是由于人手的温度变化引入的，最大允许误差为±表3、2℃，按均匀分布求得。(2)u()：在范例测量条件下实际计算可得到空气的密度=1．1990kg／"m3，与《移液器》规程中给定的l0。=1．2km3大小不同，但差别很小；另外因ISO／TR20461中IcP“l()由三个分量构成，分别为：(1)lcl“(t。)，(2)lcp}u(p。)，(3)lcl()；合成后l。P，Jl(1D。)=3．52E一07mL，其中M(Pa)是按压力最大允许误差为±5hPa，按均匀分布求得，该分量对(pd)影响最大；《移液器》规程得到的lcPl(P口)=8．77E一09mL，其中(10。)是按空气密度测量误差为±1．73×10～g／cm~，服从均匀分布求得。由表3知，相同的四个分量分别为：(1)IcI“(Ill,)，(3)u()：《移液器》规程中的／2,()是按蒸馏水密(2)1。{u(P6)，(3)IIM()，(4)Ⅱ()。度误差为±5X10-6g／cm3，服从均匀分布求得，Il不同的三个分量分别为：(1)lIH(P口)，(2)IcIu()i-2．89E一07mL；IS0／TR20461中(tow)是由水密度(‘)和l。l“()，(3)IcPIu(pw)。公式中输入量温度测量允许误差为±O．2~C，按均匀分布不同分量原因分析：求得，I。I()=6．06E一06mL。(1)u(￡)和(d)：u(t)是由分度值为0．1℃的温度(下转第85页)计引人的，最大允许误差为士O．2~C，按均匀分布求得； i明臻等：精密压力表示值误差铡量不确定度评定量，所以标准不确定度：=4．21X10～MPa，则由高度差引起的标准不确定度：u(】)=s(Pm1)／√2=5．66X10I4MPaM(pm4)=口／√3=4．21X10／√3=2．43X10MPa3．2．2精密压力表估读引入的标准不确定度u(P2)3．3活塞压力计准确度引入的标准不确定度u(P)该精密压力表的最小分度值为0．02MPa，根据检定由活塞压力计的检定证书：准确度等级为0．06级，则规程，检定人员可以估读到最小分度值的1／10，则估读6．0MPa测量点的允许误差：±0．05％X6．0=±0．(XY3MPa，即极限误差为±0．002MPa，由精密压力表估读误差所引入半宽度a=0．003MPa，服从均匀分布，标准活塞压力计引入的标准不确定度：的标准不确定度：M(pm2)：0．O02：115×10—3MPa“(Ps)=口=1．73×10一。MPa．j4合成标准不确定度3．2．3环境温度引入的标准不确定度u(p)Uc(p)=√U2(p)+(p)=3．51X10一MPa温度变化影响所产生的极限误差为±k()Atp，这里5扩展不确定度温度系数k(t)=0．0004／T：，At=2℃，P=6MPa，服从均在6MPa测量点精密压力表示值误差的扩展不确定度：匀分布，则该精密压力表由环境温度变化引起的标准不U=k·“(△p)=0．007MPa(k=2)确定度：相对扩展不确定度：f=0．12％(后=2)。u()：—0．—0004x2x6uLPro3，=————三—一—一一：：2．·7／7／××11013—3MIvIPVaa参考文献j[1]JJCA9—2013{弹性元件式精密压力表和真空表》．3．2．4活塞式压力计活塞下端面与精密压力表指针轴『2]JJF1059．1—2012{测量不确定度评定与表示》．不处同一平面，由此产生的液柱高度差所引入的标准不确定度“(P)作者简介：王明瑁，女，助理工程师。工作单位：贵州省计量测试院。通讯—搬液柱高度不超过5mm，变压器油在2O℃时密度p地址：550003贵州省贵阳市云岩区头桥海马冲街111号。=O．86X103kg／m3，半宽a==0．86×lO3X9．7868X0．005~K*HtU，贵州省计量测试院(贵阳550003)。(上接第83页)量；在实际测量过程中同一实验室的(m)的影响量是将各合成标准不确定度分量合成，计算12,()可得固定的，而u()是随时变化的，该分量主要与移液头O1．75E一04mL(JJG646—2006))1．83E一04mL(ISO／，IR内部光洁度，移液器内部部件老化程度和检测人员的操20461)，若取两位有效数字均为1．8E一04mL，示值大小作习惯差异有关；可根据各实验室的具体情况加以关注完全相同。和改进，尽量减少该不确定度分量。若计算()时只取最大的两个分量，即u(m)和(3)《移液器》检定规程中移液器实际容积值计算公()，则。(V)均为：1．75E一04mL，若取两位有效数字式中的t是指测量介质水的温度，ISO／TR20461标准资同样为1．8E一04mL，说明其它不确定度分量较小，对合料中合并后的容积值计算公式中td是指移液器自身的成不确定度的最终结果几乎没有影响。温度。应该是由于移液器自身温度较难测量，在《移液7结论器》检定规程中使用测量介质水的温度t代替，为使测(1)虽然目前现行《移液器》检定规程与ISO／TR量结果更准确，应该将移液器与测量介质用水在测量前20461标准资料中值的两种测量模型不同，计算公式在实验室内放置足够的时间，让t与td越接近越好。是有差异的，但通过以上测量范例分析可知由两种i见0量参考文献[1]jjc,646—2oo6(移液器》检定规程．模型得到的合成标准不确定度()差异不大，当取2[21％U子勇．容量计量．中国计量出版社．位有效数字时，合成标准不确定度(V)均等于1．8E一[3]倪育才．实用测量不确定度评定．中国计量出版社．04mL，说明《移液器》检定规程中关于容积值的计算[4]ISO／TR20461Determinationofuncertaintyforvolumemeasurementsmade与国际标准的相关规定基本上是一致的。usingthegravlmetricmethod．(2)合成不确定度()的大小主要由最大的两个[5]TanakaM，GirardG，DavisR，PeutoAandBignellN2001Metrologia38301～9．分量／Z(m)和()的大小决定，其它不确定度分量的影响几乎可以忽约不计，应重点关注如何减少这两分量作者简介：罗志东，男，高级工程师。工作单位：贵州省计量测试院。通讯的方法。笔者认为(m)与标准天平的准确度等级密切地址：550003贵阳市头桥海马冲街111号。相关，可通过提高天平的准确度等级，减少该不确定度分'