JJG 945—2010《微量氧分析仪》检定结果不确定度的评定＊

李春瑛

(中国计量科学研究院，北京 100013)

1 概述:(简述工作原理、测量标准、测量过程等)

微量氧分析仪主要用于气体工业相关领域中生产和应用的、氧含量小于1000μmol/mol的测量仪表。该类仪器通常由电化学氧传感器 (液体或固体电解质)、气路单元和电子显示单元组成。气体采样方式为正压输送、泵吸入式两种类型。

检定方法及检定过程为:使用钢瓶装氮中微量氧气体标准物质以及钢瓶配套使用的压力表、调节阀、流量控制装置，经过管路将气体标准物质通入微量氧分析仪中，观测仪器显示值与氧气体标准物质标称值之间的差值，而完成对各项技术参数的检定。

2 评定依据

(1)魏昊《化学分析中不确定度的评估指南》中国计量出版社.2002.12

(2)JJF 1001—1998《通用计量名词术语及定义》

(3)JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》

(4)JJG 945—2010《微量氧分析仪》(修订版)

3 评定步骤

3.1 检定过程中测量误差的数学模型

3.2 灵敏度系数

3.3 合成标准不确定度

3.4 扩展不确定度

4 微量氧分析仪计量标准的不确定度来源

检定过程中不确定度来源为:氮中微量氧气体标准物质的不确定度以及对测量结果有影响的仪器测量重复性所产生不确定度分量的合成。

5 微量氧分析仪计量标准不确定度的评定

5.1 氧气体标准物质的标准不确定度分量

检定过程中，分别采用约为满量程20%、50%、80%，氧含量＜10μmol/mol，扩展不确定度≤3%(包含因子k=2)、氧含量 (10～1000)μmol/mol，扩展不确定度≤2%(包含因子k=2)的氮中氧气体标准物质对微量氧分析仪进行量值传递与遡源，采用B类不确定度进行评定。

由气体标准物质引入的标准不确定度分量为:

分别选择 (0～10)、 (0～100)、 (0～1000)μmol/mol的三台不同厂家的微量氧分析仪进行不确定度的评定。

5.1.1 量程 (0～10)μmol/mol仪器标准物质引入标准不确定度分量

实验中选择美国ΔF公司FAH0050VS型微量氧分析仪，在量程 (0～10)μmol/mol档，进行不确定度分量的评定。按照规程规定，在该量程～80%检定点，所用标准物质浓度为8.01μmol/mol，其引入的标准不确定度分量u(As)为:

5.1.2 量程(0～100)μmol/mol仪器标准物质引入标准不确定度分量

实验中选择北京精微恒测氧技术开发中心CW-2000型微量氧分析仪，在量程(0～100)μmol/mol档，进行不确定度分量的评定。在该量程～80%检定点，所用标准物质浓度为81.91μmol/mol，其引入的标准不确定度分量u(As)为:

5.1.3 量程(0～1000)μmol/mol仪器标准物质引入标准不确定度分量

实验中选择西安泰戈分析仪器有限责任公司DFY-VB型微量氧分析仪，在量程(0～1000)μmol/mol，在 ～80%检定点，选用标准物质浓度为801μmol/mol进行不确定度的评定，其引入的标准不确定度分量u(As)为:

5.2 测量重复性引入的标准不确定度分量

检定过程中，环境温度变化、大气压力变化、气体标准物质的流量变化以及仪器供电电源不稳定性等可能因素对测量结果的影响，均通过测量结果的重复性反映出来。规程规定:在重复条件下，独立测量6次获得的相对标准不确定度 (相对标准偏差)，用贝赛尔公式计算，采用A类不确定度进行评定，此标准不确定度分量计为u(。

根据公式(6)、(7)计算各点单次测量结果的实验标准偏差和测量列平均值的实验标准偏差为

5.2.1 量程(0～10)μmol/mol仪器重复性引入标准不确定度分量

实验中选择美国ΔF公司FAH0050VS型微量氧分析仪，在量程 (0～10)μmol/mol进行测量结果重复性不确定度分量的评定。该测量点，在相同条件下对仪器重复测量6次，得到的测量结果见表1～2。

以6次测量算术平均值计算各检定点测量列的实验标准偏差，得到的测量结果见表2。

选取实验标准差中最大值，即8.01μmol/mol测量列80%校准点的实验标准偏差来评定测量重复性引入的不确定度。得到:

表1 FAH0050VS型氧分析仪各检定点测量列的实验结果Table 1 The results of measurement for the test points of FAH0050VSoxygen analyzer

表2 FAH0050VS型氧分析仪各检定点测量列实验标准偏差Table 2 The experimental standard deviation of measurement for the test points of FAH0050VSoxygen analyzer

表3 CW-2000型氧分析仪各检定点测量列的实验结果Table 3 The results of measurement for the test points of CW-2000 oxygen analyzer

5.2.2 量程 (0～100)μmol/mol仪器重复性引入标准不确定度分量

实验中选择北京精微恒测氧技术开发中心CW-2000型微量氧气分析仪进行不确定度分量的评定。该仪器的测量范围:(0～100)μmol/mol。在～80%测量点，在相同条件下对仪器重复测量6次，得到的测量结果见表3～4。

选取实验标准偏差中81.91μmol/mol测量列80%校准点的实验标准偏差来评定测量重复性引入的不确定度，得到:

5.2.3 量程(0～1000)μmol/mol仪器重复性引入的标准不确定度分量

实验中以西安泰戈分析仪器有限责任公司DFY-VB型，量程为(0～1000)μmol/mol的微量氧分析仪为例，在～80% 检定点，选用标准物质浓度为801μmol/mol进行不确定度的评定，测量结果见表5～6。

表4 CW-2000型氧分析仪各检定点测量列的实验标准偏差Table 4 The experimental standard deviation of measurement for the test points of CW-2000 oxygen analyzer

表5 DFY-VB型氧分析仪各检定点测量列的实验结果Table 5 The results of measurement for the test points of DFY-VB oxygen analyzer

表6 DFY-VB型氧分析仪各检定点测量列的实验标准偏差Table 6 The experimental standard deviation of measurement for the test points of DFY-VB oxygen analyzer

选取实验标准差中803μmol/mol校准点的实验标准偏差来评定测量重复性引入的不确定度，得到:

5.3 氧分析仪不确定度的合成结果

5.3.1 量程(0～10)μmol/mol仪器不确定度的合成结果

表7 FAH0050VS型不确定度分量列表Table 7 The budget of the uncertainty component of FAH0050VS

合成标准不确定度和扩展不确定度的计算:

即:量程为 (0～10)μmol/mol，该台仪器示值误差校准结果的扩展不确定度为U=1.7%FS(k=2)。

5.3.2 量程 (0～100)μmol/mol仪器不确定度的合成结果

表8 CW-2000型不确定度分量列表Table 8 The budget of the uncertainty component of CW-2000

合成标准不确定度和扩展不确定度的计算:

取包含因子k=2，U=k·uc=2×0.42%=0.84%即:量程为 (0～100)μmol/mol，该台仪器示值误差校准结果的扩展不确定度为:U=0.84%FS(k=2)。

5.3.3 量程 (0～1000)μmol/mol仪器不确定度的合成结果

实验中以西安泰戈分析仪器有限责任公司DFY-VB型，量程为 (0～1000)μmol/mol的微量氧分析仪为例，在～80% 检定点，选用标准物质浓度为801μmol/mol进行不确定度的评定。

合成标准不确定度和扩展不确定度的计算:

表9 DFY-VB型不确定度分量列表Table 9 The budget of the uncertainty component of DFY-VB

取包含因子 k=2，U=k·uc=2×0.42%=0.84%

即:量程为 (0～1000)μmol/mol，该台仪器示值误差校准结果的扩展不确定度为U=0.84%FS(k=2)。

6 检定结果不确定度的验证说明

实验结果表明:

微量氧分析仪，在量程 (0～10)μmol/mol时，规程规定的示值误差限为±10.0%FS;本实验过程，示值误差检定结果的扩展不确定度为:U=1.7%FS(k=2)，则:检定结果与被检仪器示值误差允差之比值为:1.7/10=0.17/1。达到了测量结果的不确定度与被检仪器技术指标之比不超过1/3的要求。

微量氧分析仪，在量程 (0～100)μmol/mol时，规程规定的示值误差限为±5.0%FS;本实验过程，示值误差检定结果的扩展不确定度为:U=0.84%FS(k=2)，则:检定结果与被检仪器示值误差允差之比值为:0.84/5=0.17/1。达到了测量结果的不确定度与被检仪器技术指标之比不超过1/3的要求。

微量氧分析仪，在量程 (0～1000)μmol/mol时，规程规定的示值误差限为±3.0%FS，示值误差检定结果的扩展不确定度为U=0.84%FS(k=2)，则:检定结果与被检仪器示值误差允差之比值为:0.84/3=0.28/1。达到了测量结果的不确定度与被检仪器技术指标之比不超过1/3的要求。

以上3台不同仪器、不同量程的评定结果，均达到了测量结果的不确定度与被检仪器技术指标之比不超过1/3的评定要求。证明检定结果不确定度评定和规程规定的计量性能要求是合理、正确的。

根据以上试验结果，JJG 945—2010《微量氧分析仪》检定结果的扩展不确定度全部小于规程评定出的不确定度评定结果。因此证明，按本规程规定的方法检定微量氧分析仪，检定结果的测量不确定度完全符合检定要求。