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气体分析仪检定装置建标(复查)考核中有关问题的探讨

发布时间:2020-03-21 09:30人气:

JJF1033-2016《计量标准考核规范》中新增了术语“计量标准的测量范围”,笔者认为增加此术语具有重大意义,可以规范各地域计量标准考核工作,逐步实现《计量标准考核证书》及计量标准考核资料中的“计量标准的测量范围”填写内容表述得科学、规范、一致。
JJF1022-2014《计量标准命名与分类编码》中将可燃气体检测报警器、有毒有害气体检测报警仪检定装置均列入“气体分析仪检定装置”。笔者在多年计量标准考评工作中,经常遇到“计量标准的测量范围”和“计量标准的不确定度或准确度等级或最大允许误差”如何进行表述问题。针对此问题,笔者多次与省内同行专家进行过探讨,并通过“国家计量基标准资源共享平台(http://www.nms.org.cn/Home/Default.aspx)”进行检索,各地域的“气体分析仪检定装置”也普遍存在此类问题。
   
一、有关计量术语及技术规范要求
1.有证标准物质
附有由权威机构发布的文件,提供使用有效程序获得的具有不确定度和溯源性的一个或多个特性量值的标准物质。例如,在所附证书中,给出空气中异丁烷气体浓度赋值(1×10-6mol/mol)及其测量不确定度(Urel=2%,k=2)的GBW(E)060356空气中异丁烷气体标准物质。
2.计量标准的测量范围
在规定条件下,由具有一定的仪器不确定度的计量标准能够测量出的同类量的一组量值。测量范围又称为测量区间或工作区间。
3.计量标准的不确定度
在检定或校准结果的不确定度中,由计量标准引入的测量不确定度分量。它包括计量标准器及配套设备所引入的不确定度。
4.检定装置的命名原则
“气体分析仪检定装置”是以被检定“计量器具”名称作为命名标识,其主要计量标准器具为有证气体标准物质以及标准气体稀释装置。例如可燃气体检测报警器检定装置、矿用一氧化碳检测报警器检定装置。
   
二、计量特性的表述方式存在问题与分析
通过“国家计量基标准资源共享平台”进行检索,“可燃气体检测报警器检定装置”有16条记录,所填写的计量标准的测量范围、计量标准器具的测量范围、计量标准的不确定度均存在不规范问题,笔者在计量标准考核中也常遇到此类问题。例如,中国计量科学研究院建立的“可燃气体检测报警器检定装置([1991]国社量标标物证字第011号)”的计量标准的测量范围填写“0~100%LEL”,计量标准的不确定度填写“U=2%,k=2”;计量标准器具(GBW08123空气中甲烷气体标准物质、GBW06302空气中异丁烷气体标准物质、标准气体稀释装置)的测量范围均填写“0~100%”,计量标准器具的不确定度均填写“1%(k=2)”;被检可燃气体检测报警器的测量范围填写“0~100%LEL”,被检可燃气体检测报警器的最大允许误差填写“5%FS”。
例中,计量标准、计量标准器具及被检计量器具的计量特性表述存在以下问题:
(1)被检可燃气体检测报警器的测量范围表述存在量值书写不规范问题,即测量下限“0”是数值,不是量值。由量值的定义“用数和参照对象一起表示量的大小”可知,可燃气体检测报警器的测量范围应填写“0%LEL~100%LEL”。
(2)被检可燃气体检测报警器的“不确定度或准确度等级或最大允许误差”表述存在量值书写不规范问题,应填写“±5%FS”或“MPE:±5%FS”。
(3)计量标准器具(GBW08123空气中甲烷气体标准物质、GBW06302空气中异丁烷气体标准物质、标准气体稀释装置)的测量范围均填写有误,而且不应填写被检可燃气体检测报警器的测量范围,应填写各检定点相应的气体标准物质的浓度标准值或相应的高浓度气体标准物质和稀释装置的稀释比例。
(4)计量标准的测量范围填写有误,且存在歧义。笔者认为计量标准的测量范围应填写计量标准器具或计量标准器组的测量范围,不应填写被检可燃气体检测报警器的测量范围。
   
三、计量特性的表述方式解析
1.被检仪器为单测量范围的计量标准的计量特性表述
(1)测量范围
“可燃气体检测报警器检定装置”中被检可燃气体检测报警器的测量范围为0~100%LEL,计量标准的测量范围为:标准气体的浓度标准值约为10%LEL、40%LEL、60%LEL及大于报警设定点浓度。一般仪器使用说明书中给出,便携式可燃气体检测报警器的报警点浓度为25%LEL;固定式可燃气体检测报警器一级报警点浓度为25%LEL,二级报警点浓度为50%LEL。为了确定各检定点的气体标准物质浓度的标准值,需将可燃气体在空气中的爆炸下限(LEL)转化为浓度值(物质的量分数或体积分数)。例如,异丁烷的爆炸下限为1.8%mol/mol,各检定点的空气中异丁烷气体标准物质的浓度标准值约为0.180%mol/mol、0.720%mol/mol、1.08%mol/mol;甲烷的爆炸下限为5.0%mol/mol,各检定点的空气中甲烷气体标准物质的浓度标准值约为0.5%mol/mol、2.0%mol/mol、3.0%mol/mol;氢的爆炸下限为4.0%mol/mol,各检定点的空气中氢气体标准物质的浓度标准值约为0.4%mol/mol、1.6%mol/mol、2.4%mol/mol。
“可燃气体检测报警器检定装置”的计量标准的测量范围应当按以下方式进行表述:
①若计量标准器具仅为各检定点对应的浓度标准值的有证气体标准物质,则计量标准的测量范围应为相应的有证气体标准物质对应于各检定点的浓度标准值。例如,有效期内的空气中异丁烷气体标准物质证书分别给出其浓度标准值0.180%mol/mol、0.720%mol/mol、1.08%mol/mol,则计量标准的测量范围应当表述为:i-C4H10/Air:(0.180~1.08)%mol/mol。由于每年的空气中异丁烷气体标准物质证书给出的浓度标准值可能有微小变化,如何考核其是否满足“标准气体的浓度标准值约为10%LEL、40%LEL、60%LEL”的要求呢?可以通过该检定装置的《计量标准履历书》中“七、计量标准器及配套设备更换登记”记录及其对应的《标准物质证书》进行核查(下同)。
②若计量标准器具由高浓度有证气体标准物质和气体标准物质稀释装置组成,例如,有效期内的空气中异丁烷气体标准物质证书给出的浓度标准值为1.08%mol/mol, MF-4B型气体标准物质稀释装置的稀释比为200∶1,稀释最低浓度为1.08%mol/mol×0.005=5.4×10-5mol/mol,则计量标准的测量范围可表述为:i-C4H10/Air:(0.180~1.08)%mol/mol。
(2)不确定度或准确度等级或最大允许误差
“可燃气体检测报警器检定装置”的计量标准的不确定度表述应当考虑其计量标准器具的特殊性,即其计量标准器具是有证气体标准物质以及气体标准物质稀释装置(下同)。因此,“可燃气体检测报警器检定装置”的计量标准的不确定度应当按以下方式进行表述。
①若计量标准器具仅为各检定点对应的浓度标准值的有证气体标准物质,则计量标准的不确定度应为有证气体标准物质证书给出的不确定度,例如,Urel=2%,k=2。
②若计量标准器具由高浓度有证气体标准物质和气体标准物质稀释装置组成,例如高浓度有证气体标准物质证书给出的不确定度为Urel1=1%,k=2;气体标准物质稀释装置稀释比不确定度为Urel2=1%,k=2,则计量标准器具的不确定度应为
Urel=kurel=k×=2×=1.5%
计量标准的不确定度表述为Urel=1.5%,k=2。
2.被检仪器为多测量范围的计量标准的计量特性表述
以“矿用一氧化碳检测报警器检定装置”为例。
(1)测量范围
一氧化碳检测报警器的测量范围分别为(0~100)×10-6mol/mol、(0~500)×10-6mol/mol、(0~1000)×10-6mol/mol、(0~2000)×10-6mol/mol、(0~10000)×10-6mol/mol。示值误差检定点的空气中一氧化碳气体标准物质的浓度标准值约为20×10-6mol/mol、35%FS、50%FS、85%FS(FS为检测报警器的量程)。
若“矿用一氧化碳检测报警器检定装置”可检定上述5种测量范围的一氧化碳检测报警器,则应当配备对应于不同测量范围的各检定点的空气中一氧化碳气体标准物质的浓度标准值分别约为:20×10-6mol/mol;35×10-6mol/mol,50×10-6mol/mol,85×10-6mol/mol;175×10-6mol/mol,250×10-6mol/mol,425×10-6mol/mol;350×10-6mol/mol,500×10-6mol/mol,850×10-6mol/mol;700×10-6mol/mol,1000×10-6mol/mol,1700×10-6mol/mol;3500×10-6mol/mol,5000×10-6mol/mol,8500×10-6mol/mol;(25~27)×10-6mol/mol(报警点24×10-6mol/mol)。
“矿用一氧化碳检测报警器检定装置”的计量标准的测量范围应当按以下方式进行表述:
①若计量标准器具仅为上述各检定点对应的浓度标准值的有证一氧化碳气体标准物质,应当将上述17种空气中一氧化碳气体标准物质的浓度标准值逐一填写至“计量标准器具的测量范围”栏中,则计量标准的测量范围可表述为:(20~8500)×10-6mol/mol。
②若计量标准器具由高浓度有证气体标准物质和气体标准物质稀释装置组成,例如,有效期内的空气中一氧化碳气体标准物质证书给出的浓度标准值分别为1000×10-6mol/mol和8500×10-6mol/mol,MF-4B型气体标准物质稀释装置的稀释比为200∶1,稀释最低浓度为1000×10-6mol/mol×0.005=5×10-5mol/mol,则计量标准的测量范围可表述为空气中一氧化碳气体标准物质:(20~8500)×10-6mol/mol。
(2)不确定度或准确度等级或最大允许误差
“矿用一氧化碳检测报警器检定装置”中气体标准物质的相对扩展不确定度应不大于2.0%(k=2)。下面以不确定度为Urel=1.0%(k=2)的空气中一氧化碳气体标准物质为例,来解析“矿用一氧化碳检测报警器检定装置”的计量标准的不确定度表述方式。
①若被检对象为便携式矿用一氧化碳检测报警器,计量标准器具仅为各检定点对应的浓度标准值的有证气体标准物质,则计量标准的不确定度应当为有证气体标准物质证书给出的不确定度,例如,Urel=1.0%,k=2。
计量标准的不确定度:便携式:Urel=1.0%,k=2。
②检定固定式矿用一氧化碳检测报警器的主要配套设备有数字万用表(准确度级别不低于0.5级;uDMM=0.5%/≈0.29%)或频率计(0~1000Hz,分辨力1Hz;uHz=1Hz/(2××1000Hz)≈0.03%)。因此,计量标准器的不确定度为
Urel=ku=2×=≈2×0.58%≈1.2%,k=2
或Urel=ku=2 ×=≈2 × 0.51% ≈1.1%,k=2
计量标准的不确定度:固定式:Urel=1.2%,k=2。
③若计量标准器具由高浓度有证气体标准物质和气体标准物质稀释装置组成,例如高浓度有证气体标准物质证书给出的不确定度为Urel1=1%,k=2;气体标准物质稀释装置稀释比不确定度为Urel2=1%,k=2,则计量标准器具的不确定度应为稀释后的气体标准物质的不确定度,即
Urel=UXS=kuXS=k ×=2×≈2×0.71%=1.5%
计量标准的不确定度表述为:便携式:Urel=1.5%,k=2。
④若计量标准器具由高浓度有证气体标准物质和气体标准物质稀释装置组成,检定固定式矿用一氧化碳检测报警器的主要配套设备有数字万用表(准确度级别不低于0.5级;uDMM=0.5%/=0.5%/≈0.29%)或频率计(0~1000Hz,分辨力1Hz;uHz=uHz=1Hz/(2 ×× 1000Hz)≈0.03%)。因此,计量标准器的不确定度为
Urel=kurel=2×≈2×0.77%≈1.6%,k=2
或Urel=kurel=2 ×≈2 × 0.72% ≈1.5%,k=2
计量标准的不确定度表述为:固定式:Urel=1.6%,k=2。

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