甲醛气体检测仪示值误差的测量不确定度评定

陈小燕

摘 要：为了确保甲醛检测结果的准确性，依据JJG 1022-2007《甲醛气体检测仪检定规程》对各种类型的甲醛气体检测仪进行检定。该文依据检定规程及JJF1059-2012《测量不确定度评定与表示》分析了甲醛气体检测仪示值误差的测量不确定度来源，并在不同测量范围对各分量进行评定，对测量结果进行表示。

关键词：甲醛气体检测仪；示值误差；不确定度

中图分类号X131 文献标识码A 文章编号1007-7731（2014）14-118-02

Evaluation of the Uncertainty of Measurement for Formaldehyde Gas Analyzer Indication Error

Chen Xiaoyan

（Fujian Research Institute of Metric Science，Fuzhou 350003，China）

Abstract：In order to ensure the accuracy of the test results，we calibrated various formaldehyde gas analyzers according to JJG 1022-2007“Verification Regulation of Formaldehyde Gas Analyzer”. This paper analyzes source of measurement uncertainty for indication error and proposed an appropriate assessment method and results expression，on the basis of the vericication regulation and JJF1059-2012“evaluation and expression of uncertainty in measurement”

Key words：Formaldehyde gas analyzer；Indication error；Uncertainty

1 引言

甲醛在常温下是一种无色、有强烈刺激性气味的毒性气体，但同时它也是一种重要的化工原料和有机溶剂，是制造油漆、人造板、贴墙布、泡沫塑料等的原料。目前，应用于家庭装修的材料中不可避免的含有甲醛，而当室内甲醛浓度≥0.10mg/m3时，人就会产生不适感，可引起眼红、眼痒、喉咙不适、胸闷、气喘、皮炎等。在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。世界卫生组织确定其为致癌和致畸物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。国家卫生标准的甲醛最高允许浓度为0.08mg/m3。2002年，我国颁布的GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》明文规定，室内甲醛浓度不得高于0.10mg/m3。

目前，为了保障人民的健康和生活水平，我国的环保、疾控、检验检疫及质检部门都配备了各式各样的甲醛检测仪。现有市场上的甲醛检测仪原理一般包括：电化学传感器原理、半导体气敏传感器原理和化学比色原理。因此，只有对每台检测仪进行校准检定，才能为全社会甲醛测量结果的准确性提供保障，为甲醛含量的监测监管保驾护航。本文考察了校准过程中的各个环节，分析了甲醛气体检测仪示值误差的测量不确定度来源，并在不同测量范围内进行评定，对甲醛分析仪示值误差的测量不确定度进行有效评价。

2 方法概述

2.1 测量依据 JJG 1022-2007《甲醛气体检测仪检定规程》。

2.2 环境条件 温度10～35℃，温度波动≤2℃；相对湿度≤85%；大气压力：85～110kPa，压力波动≤0.5kPa。

2.3 测量标准 国家二级三聚甲醛扩散管标准物质（GBW（E）080921），扩散率的扩展不确定度Urel=2%，k=2。甲醛动态配气装置（DP-Ⅵ）（Urel=2%，k=2）。进样口流量计：测量范围（0～1 000）mL/min，准确度等级4.0级。

2.4 测量对象 各种吸入式和扩散式的甲醛气体分析仪。

2.5 测量过程 用已知浓度（0.08μmol/mol，0.5μmol/mol，1.2μmol/mol）的标准气体通入被测仪器，读出相应的示值，并计算与标准值的差。

3 数学模型

A=[Cm-CsCs]+δ1

式中：A—仪器示值误差（μmol/mol）；Cm—仪器读数的算术平均值（μmol/mol）；Cs—标准气体的浓度值（μmol/mol）；δ1—标准气体浓度值的不确定度（μmol/mol）。

4 测量不确定度的来源

甲醛气体分析仪示值误差测量的不确定度主要与测量设备和方法相关，主要来源于甲醛分析仪自身的稳定性u1，配气装置配气装置引起的甲醛配气不确定度分量u2，三聚甲醛扩散管扩散率引起的甲醛配气不确定度分量u3，流量计稳定性影起的不确定度u4。

5 标准不确定度分量的评定

5.1 u1仪器测量引起的不确定度分量 以浓度为1.2μmol/mol的标准甲醛气体为例，通入仪器中，重复测量10次（μmol/mol）：1.23，1.22，1.25，1.22，1.21，1.19，1.24，1.21，1.24，1.20。

u1=S=[i=110（Y测-Y）2n-1]=0.019（μmol/mol）

5.2 u2配气装置引起的甲醛配气不确定度分量 由规程JJG 1022-2007附录A得知：甲醛动态配气装置的相对扩展不确定度为1.5%，k=2。

u2=1.2×1.5%/2=0.009（μmol/mol）endprint

5.3 u3三聚甲醛扩散管扩散率引起的甲醛配气不确定度分量 由证书GBW（E）080921得知，扩散率扩展不确定度为2%，k=2。

u3=1.2×2%/2=0.012（μmol/mol）

5.4 u4流量计稳定性影起的不确定度分量 根据多年的检定经验，气体进入分析仪时流量的稳定性对测量结果有影响，经过试验发现，进样口处流量控制器的稳定性引入的不确定度≤1%，1.2mol/L的检定点下≤0.012μmol/mol。

6 合成标准不确定度

不确定度分量汇总于表1。将各不确定度分量进行合成，其合成标准不确定度为：

[uc=u21+u22+u23+u24=0.0192+0.0092+0.0122+0.0122≈0.027（μmol/mol）]

表1 标准不确定度分量

[序号＼&不确定度来源＼&符号＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&1＼&仪器测量重复性＼&u1＼&0.019＼&2＼&甲醛动态配气装置不确定度＼&u2＼&0.009＼&3＼&扩散管扩散率不确定度＼&u3＼&0.012＼&4＼&流量稳定性引入的不确定度＼&u4＼&0.012＼&]

7 扩展不确定度的评定

k=2 U=k×u=2×0.027=0.054（μmol/mol）

Urel=U/1.23=5%。

8 全量程甲醛气体检测仪示值误差的测量扩展不确定度评定

根据JJG 1022-2007的规定，校准完仪器的零点和示值后，应分别通入浓度约为0.08μmol/mol，0.5μmol/mol和1.2μmol/mol的甲醛标准气体，检定仪器示值误差，此3点仪器示值误差的不确定度见表2。

表2 不同检测点下仪器示值误差不确定度

[检定点

（μmol/mol）＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&uc

（μmol/mol）＼&Urel（k=2）

（%）＼&u1＼&u2＼&u3＼&u4＼&0.081＼&0.0041＼&0.0006＼&0.0008＼&0.0008＼&0.0042＼&11＼&0.51＼&0.012＼&0.004＼&0.005＼&0.005＼&0.014＼&6＼&1.23＼&0.019＼&0.009＼&0.012＼&0.012＼&0.027＼&5＼&]

参考文献

[1]JJG1022-2007甲醛气体分析仪[S].北京：国家技术监督局，2002.

[2]JJF1059-2012.测量不确定度评定与表示[S].北京：国家技术监督局，2012. （责编：张宏民）endprint

5.3 u3三聚甲醛扩散管扩散率引起的甲醛配气不确定度分量 由证书GBW（E）080921得知，扩散率扩展不确定度为2%，k=2。

u3=1.2×2%/2=0.012（μmol/mol）

5.4 u4流量计稳定性影起的不确定度分量 根据多年的检定经验，气体进入分析仪时流量的稳定性对测量结果有影响，经过试验发现，进样口处流量控制器的稳定性引入的不确定度≤1%，1.2mol/L的检定点下≤0.012μmol/mol。

6 合成标准不确定度

不确定度分量汇总于表1。将各不确定度分量进行合成，其合成标准不确定度为：

[uc=u21+u22+u23+u24=0.0192+0.0092+0.0122+0.0122≈0.027（μmol/mol）]

表1 标准不确定度分量

[序号＼&不确定度来源＼&符号＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&1＼&仪器测量重复性＼&u1＼&0.019＼&2＼&甲醛动态配气装置不确定度＼&u2＼&0.009＼&3＼&扩散管扩散率不确定度＼&u3＼&0.012＼&4＼&流量稳定性引入的不确定度＼&u4＼&0.012＼&]

7 扩展不确定度的评定

k=2 U=k×u=2×0.027=0.054（μmol/mol）

Urel=U/1.23=5%。

8 全量程甲醛气体检测仪示值误差的测量扩展不确定度评定

根据JJG 1022-2007的规定，校准完仪器的零点和示值后，应分别通入浓度约为0.08μmol/mol，0.5μmol/mol和1.2μmol/mol的甲醛标准气体，检定仪器示值误差，此3点仪器示值误差的不确定度见表2。

表2 不同检测点下仪器示值误差不确定度

[检定点

（μmol/mol）＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&uc

（μmol/mol）＼&Urel（k=2）

（%）＼&u1＼&u2＼&u3＼&u4＼&0.081＼&0.0041＼&0.0006＼&0.0008＼&0.0008＼&0.0042＼&11＼&0.51＼&0.012＼&0.004＼&0.005＼&0.005＼&0.014＼&6＼&1.23＼&0.019＼&0.009＼&0.012＼&0.012＼&0.027＼&5＼&]

参考文献

[1]JJG1022-2007甲醛气体分析仪[S].北京：国家技术监督局，2002.

[2]JJF1059-2012.测量不确定度评定与表示[S].北京：国家技术监督局，2012. （责编：张宏民）endprint

5.3 u3三聚甲醛扩散管扩散率引起的甲醛配气不确定度分量 由证书GBW（E）080921得知，扩散率扩展不确定度为2%，k=2。

u3=1.2×2%/2=0.012（μmol/mol）

5.4 u4流量计稳定性影起的不确定度分量 根据多年的检定经验，气体进入分析仪时流量的稳定性对测量结果有影响，经过试验发现，进样口处流量控制器的稳定性引入的不确定度≤1%，1.2mol/L的检定点下≤0.012μmol/mol。

6 合成标准不确定度

不确定度分量汇总于表1。将各不确定度分量进行合成，其合成标准不确定度为：

[uc=u21+u22+u23+u24=0.0192+0.0092+0.0122+0.0122≈0.027（μmol/mol）]

表1 标准不确定度分量

[序号＼&不确定度来源＼&符号＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&1＼&仪器测量重复性＼&u1＼&0.019＼&2＼&甲醛动态配气装置不确定度＼&u2＼&0.009＼&3＼&扩散管扩散率不确定度＼&u3＼&0.012＼&4＼&流量稳定性引入的不确定度＼&u4＼&0.012＼&]

7 扩展不确定度的评定

k=2 U=k×u=2×0.027=0.054（μmol/mol）

Urel=U/1.23=5%。

8 全量程甲醛气体检测仪示值误差的测量扩展不确定度评定

根据JJG 1022-2007的规定，校准完仪器的零点和示值后，应分别通入浓度约为0.08μmol/mol，0.5μmol/mol和1.2μmol/mol的甲醛标准气体，检定仪器示值误差，此3点仪器示值误差的不确定度见表2。

表2 不同检测点下仪器示值误差不确定度

[检定点

（μmol/mol）＼&标准不确定度（μmol/mol）＼&uc

（μmol/mol）＼&Urel（k=2）

（%）＼&u1＼&u2＼&u3＼&u4＼&0.081＼&0.0041＼&0.0006＼&0.0008＼&0.0008＼&0.0042＼&11＼&0.51＼&0.012＼&0.004＼&0.005＼&0.005＼&0.014＼&6＼&1.23＼&0.019＼&0.009＼&0.012＼&0.012＼&0.027＼&5＼&]

参考文献

[1]JJG1022-2007甲醛气体分析仪[S].北京：国家技术监督局，2002.

[2]JJF1059-2012.测量不确定度评定与表示[S].北京：国家技术监督局，2012. （责编：张宏民）endprint