脱脂棉白度的测量结果不确定度分析

王燕慧　刘坤　王妙等

[摘要] 目的 确定脱脂棉白度的不确定度。 方法 采用A类和B类测量不确定度的评定方法，对测量重复性、示值误差、零点漂移、示值稳定性引入的不确定度进行评定。 结果 脱脂棉白度测量结果的扩展不确定度U=0.256，k=2。 结论 此评价方法也适应于实验室同类产品的测量结果不确定度的评定。

[关键词] 脱脂棉白度；评定；扩展不确定度

[中图分类号] R194.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2015）05（c）-0130-03

[Abstract] Objective To determine the uncertainty of whiteness of degreasing cotton. Methods Uncertainty introduced by measurement repeatability，indication error，zero wander，and indication stability was evaluated by evaluation method of class A and B measuring uncertainty. Results The expanded uncertainty of measured result in whiteness of degreasing cotton was U=0.256 and k=2. Conclusion The evaluation methodology is also applicable to evaluate the uncertainty of measured results in congeneric products in laboratory.

[Key words] Whiteness of degreasing cotton；Evaluation；Expanded uncertainty

测量的目的是为了确定被测量的值。因为任何测量都存在随机误差和系统误差的影响，所以测量结果只能是赋予被测量的近似值。在实际应用中，有时需要掌握测量结果可靠性的相关信息。测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[1]。

1995年国际计量局（BIPM）等7个国际组织修订和发布了测量不确定度表示指南（guide to the expression of uncertainty in measurement，GUM），其由来已久[2]。20世纪60年代提出了用测量不确定度来表示测量结果可信程度的建议。测量结果的优劣是衡量测量结果准确程度的最重要的依据。测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，不确定度的大小很大程度影响着测量结果，因此，不确定度对测量结果的可用性极其重要[3]。

测量不确定度的评定是检测和校准实验室质量体系的重要组成部分，也是质量体系运行不可缺少的重要程序[4]，主要应用于产品生产过程中的质量分析与质量控制，产品流通领域中的性能检验，建立质量体系的认证活动；应用于仪器和测量系统的检定、校准等计量以及实验室认证活动；用于对被测量的测量结果及测量器具设计的评定；工程领域内的测量、医疗卫生、环境监测、安全防护等有关的测量活动。

1 材料与器材

1.1 设备参数

生产厂家：上海精密科学仪器公司；规格型号：WSB-L；测量范围：0～120%；准确度：优于1.5（%）；溯源方式：检定。

1.2 环境条件

相对湿度为（65±2）%，温度为（21±1）℃。供试品在试验环境中至少放置4 h。

1.3 被测对象

医用脱脂棉。

2 方法与结果

2.1 试验方法

用满足GB/T 8424.2-2001规定的白度仪[5]，取本品折叠成一定的厚度（以保证当厚度再增加时仍不会改变光谱反射比值），放在白度仪上任选三处测试，取三处测量值求其平均值，此平均值即为该医用脱脂棉的白度值[6]。

2.2 测试原理

本仪器是以样品兰光反射率Rb来度量其白度W的，即W=Rb。样品的照明接受方式采用CIE所规定的45/0方式，光源发出的光以45°方向射在样品表面上，经样品表面漫反射后的光，0°方向在半角17.5°的锥体以内的部分被接收物镜会聚在光电池上，其间的兰光滤色镜，起到光源光谱分布、接收器光谱灵敏度的校正作用。

2.3 测量过程

2.3.1 预热20 min。

2.3.2 按下仪器的样品座，将校零黑筒放入，轻轻地将样品座上升至测量口，等显示值稳定后，调整“校零”电位器，使仪器显示值为“0”。

2.3.3 按下样品座，将校零黑筒取下，将校正用参比白板放在样品座上，轻轻地将样品座上升至测量口，等显示值稳定后，调整“校正”电位器，使液晶屏显示屏显示白板上所给定的白度值。

2.3.4 “校正”和“校零”电位器在电路上有相关性，故重复2.3.2、2.3.3步骤数次，到不需要调整“调零”与“校准”旋钮时，即仪器能稳定显示黑筒的“0”和参比白板的标定值，此时仪器已校准完毕。

2.3.5按下滑筒，装上待测的样品，轻轻地将样品座上升至测量口，所显示的示值即为样品白度。

2.4 测量不确定度的可能来源

通常，可从以下方面考虑导致测量不确定度的可能来源。①被测量的定义不充分有残缺。例如：定义要测量1根标称值为1 m长的钢棒的长度，若要求精度测准至微米级，则该被测量的定义就不完整。因受温度和压力的显著影响被测量的长度会相应发生变化。完整的定义为：标称值为1 m 的钢棒在25.00℃和101 325 Pa 时的长度[7]。②对被测量进行复现时的测量方法不十分理想。③取样不够典型，被测样本全不能代表所定义的被测量。④对测量过程受环境控制的影响程度不够精准。⑤对非数显设备示值的读数存在人为视觉偏移误差。⑥标准物质提供的量值或计量器具的局限性引起的不确定度。⑦测量方法中的数字修约。⑧在相同条件下重复观测中的被测量的变化[1]。

综上所述，不确定来源分析得：该脱脂棉白度测量结果中的不确定度来源有以下5个方面：①环境温度；②设备系统误差；③设备示值误差；④测量重复性误差；⑤数据修约误差。

2.5 建立数学模型

2.6 评定标准不确定度ui

因环境温度严格按试验要求调试，测量时在稳态下进行，故忽略环境因素引入的测量不确定度。人员读数的误差，因本设备是数显式设备，不存在读数不准问题，故不考虑其影响。分析可得：测量不确定度的主要来源为设备的示值误差和测量重复性误差。

2.6.1 测量标准不确定度的A类评定 按上述2.1方法进行试验，对脱脂棉进行测量。记录3次测量结果：83.5、84.2、82.9，计算其平均值，最佳估计值y=■=83.5。

脱脂棉的白度可进行重复性测量，通过连续重复测量得到测量示值，采用A类方法进行评定。取上述医用脱脂棉，重复测量10次，得到的测量结果如下表1所示。

2.6.2.3白度计示值稳定性引入的标准不确定度u4

设备示值稳定性最大变化量绝对值为0.1（由陕西省计量科学研究院的检定证书给出）[8]，则示值稳定性引入的标准不确定度：u4=■=0.029。

2.6.3 合成标准不确定度分量汇总

合成标准不确定度分量及不确定度如下表2所示。

2.6.4 合成标准不确定度的评定

3 讨论

测量不确定度只与测量方法有关，与人们对被测量、影响量以及测量过程的认识有关[9]。测量不确定度用标准差或标准差的倍数或置信区间的半宽表示，评定方法有A类评定和B类评定两类[10]。不能用不确定度对测量结果进行修正[11]。在测量不确定度评定过程中，区间表述为数值后范围可知，计算方便[12]。

脱脂棉是棉花经工艺脱脂而成，因表层不含脂肪，有很好的亲水性，浸泡于75%乙醇可作消毒棉球。医用脱脂棉是医疗行业用作患者伤口包扎、保护、清理等用途的主要卫生材料。随着国民经济的迅猛发展，生产企业生产能力的提高及市场需求的多样性，市场中销售的医用脱脂棉的质量参差不齐，目前依据行业标准YY0330-2002《医用脱脂棉》[6]对其进行检验和生产。白度是医用脱脂棉的重要性能参数，脱脂棉白度的测量结果不确定度的评定对实验室质量控制及试验数据可靠性具有重要意义。

利用上述脱脂棉白度测量结果不确定度的计算，可以充分考察最终影响实验结果的主要因素。分析可得此方法评价的脱脂棉白度的测量结果不确定度也适应于同一环境条件、同类产品的测量结果不确定度的评定。在实验的检测过程中，用不确定度来衡量测量结果的质量好坏，因此必须正确评价不确定度，过大会造成资源浪费，过小会造成危害[13]。测量不确定度是测量技术的重要概念，也是保证计量、检测等质量控制活动的主要因素[14]，因此，各检测实验室应制订与检测工作特点相适应的测量不确定度评估程序，并将其用于不同类型的检测工作。检测实验室应有能力对每一项有数据要求的测量结果进行测量不确定度评估[15]。

[参考文献]

[1] JJF 1059.1-2012.测量不确定度评定与表示[Z].

[2] BIPM，IEC，IFCC，ISO，IUPAC，IUPAP，OIML.Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement （Corrected and Reprinted GUM）[Z].Geneve Switzerland：ISO，1995.

[3] 孙汝芝，贾丽英.热电阻测温结果不确定度评定[J].新疆钢铁，2006，（4）：42-43.

[4] 李东刚，李春娟，孙长华，等.复混肥料中水分测量不确定度的来源分析与评定[J].化学工程师，2007，（12）：17-19.

[5] GB/T 8424.2-2001.纺织品 色牢度试验 相对白度的仪器评定方法[S].

[6] YY 0330-2002.医用脱脂棉[Z].

[7] 孟巧玲.了解测量不确定度的概念及来源分析[J].卷宗，2011，（8）：111.

[8] JJG 512-2002.白度计检定规程[Z].

[9] 吕强.测量误差与测量不确定度的区别[J].计量与测试技术，2013，40（1）：62.

[10] 胡林福.测量不确定度与误差的区别[J].广西质量监督导报，2008（8）：125-126.

[11] 王承忠.测量不确定度原理及在理化检验中的应用[J].理化检验物理分册，2003，39（7）：382-386.

[12] 齐征.测量不确定度与测量误差之比较及应用优势[J].科技创新与生产力，2010，（10）：92-93.

[13] 刘智敏，刘风.测量不确定度的评定与表示[J].物理，1996，（2）：96-99.

[14] 邱鸣霞.测量不确定度的分析及应用[J].黑龙江科技信息，2008，（26）：10.

[15] CNAS-CL07：2011.测量不确定度的要求[Z].

（收稿日期：2015-01-22 本文编辑：许俊琴）