插入式棉包回潮率测试的可靠性分析

文/丁曰东

1 引言

MBS棉包水分测试仪作为一种快速便捷的插入式棉包回潮率测试仪器，减少了开包、取样、缝包等环节，极大地提高了工作效率，避免了开包对棉花的污染，进一步保证了检验的公正性、客观性和一致性。但在使用过程中也陆续暴露了一些问题，比如测试稳定性差、测试数据离散性大，不同仪器间检测结果偏差大等问题。那究竟这种回潮率测试方法可靠性如何呢？笔者就此问题进行了一系列的测试研究，借此分析插入式棉包回潮率测试的可靠性和一致性。

2 试验方案

2.1 试验准备

2.1.1 仪器准备

目前，常用的检测设备主要是MBS-2型棉包回潮率测定仪，生产厂家为苏州市光华电测技术研究所；MBS-Z智能升级型棉包回潮率测定仪，生产厂家为北京中棉机械成套设备有限公司和陕西华斯特仪器有限责任公司。本次试验共选取5台回潮率测试仪，其中4台为我所设备，1台为H所设备；设备详细信息见表1。

表1 棉包水分测定仪

2.1.2 样品准备

选取186包一批的国储棉1批。按照10%的抽样检测规定，随机选取19包作为检测试样。

2.2 试验及分析方法

由相同的测试人员分别操作5台棉包回潮率测定仪对该批棉花指定的19个棉包进行回潮率检测，同时记录测试棉包包号和对应的测试数据，并汇总以供分析使用。

以H所棉包水分测试仪C所测数据为参比数据，通过数据统计分析的方法评价本单位4台仪器试验数据的可接受程度，以确定测试结果的可靠性。

2.3 试验要求

测试操作由相同测试人员进行测试，确保手法一致。测试过程严格按照标准和仪器说明书规定进行操作，确保测试过程符合规范要求。测试部位按标准要求，尽量选取相同测试部位，测试深度保持一致。仪器设备经过计量检定，量值溯源性满足要求。仪器设备在测试环境条件下经过充分平衡，使用前对设备进行校验，确保设备处于正常状态。

2.4 试验步骤

打开电源，将仪器放置在测试环境下进行温湿度平衡，平衡至少10min。按照仪器说明书对设备进行校验，确保设备处于正常状态。在棉包包头中间位置分别插入两个探头，插到底，确保测试位置距棉包外层向内10cm～15cm，二探头相距100mm左右，且使二探头手柄呈纵向排列，插入部位如图1。按GB 1103.1规定的取样数量，逐包检测，记录检验结果，再计算批样回潮率算术平均值，作为检测结果，保留至小数点后一位。按照试验方案，分别使用其他几台设备依次对指定的棉包进行测试，记录检验结果，并计算其算术平均值。

图1 棉包测试部位示意图

3 测试结果分析

3.1 测试结果

按照测试方案，分别用5台不同设备对19个棉包进行测试，记录其结果，并计算其算术平均值、极差、标准偏差。详细数据见表2。

数据的分析发现，从同一个棉包的测试结果来看，不同设备间测试结果离散性大，最大偏差可达到0.7%，平均偏差也达到了0.5%，测试结果不甚理想。从19个棉包平均值数据来看，5台仪器的最大偏差为0.3%，测试结果较单包测试结果离散性明显降低。

3.2 测试结果评价。

用En值来评价测试结果的可接受程度。以H所仪器为参比仪器C，其他仪器测试数据与参比仪器所测数据进行比较来评价测试结果的可接受程度。

式中，Xi——各台仪器测试结果；——参考测试结果；Ui——各台仪器设备测试结果的不确定度； Uc——参考测试结果的不确定度；按照公式(1)分别计算4台仪器测试结果的En值，若|En|≤1，则认为测试结果为满意/可接受；否则判定为不满意/不可接受。

3.3 不确定度的评估

插入式棉包回潮率测试数据直接从原棉水分测定仪显示屏读取，其不确定度的主要来源是测量重复性和仪器测试误差引入的不确定度，其他影响因素因对不确定度的贡献很小，可不予考虑。本文仅计算由重复性和仪器测试误差两个因素引入的不确定度。

3.3.1 A类测量重复性引入的标准不确定度评定

n次测量中某单个测试结果x的实验室标准偏差的测量标准差S(X)可按贝塞尔公式计算得到：

式中，Xi——第i测量的测试结果；X——n次测量所得一组测试结果的算术平均值；n——测量次数；n次测量的算

按照10%的抽样检测规定，共对19个棉包进行了检测，以19个测试数据的算术平均值作为该批产品的最终测试结果。因此，由重复性引起的不确定度分量Uai为：Uai= S(X)。

将测试结果分别带入公式，可得到不同仪器测试结果的A类不确定度。详见表3。

3.3.2 B类仪器测量误差引入的不确定度

从仪器说明书可以得到，回潮率在6%～11%范围内的测量允差为±0.1%。5台仪器技术要求完全一致，按照均匀分布得到仪器的B类不确定度为

3.3.3 合成标准不确定度

3.3.4 扩展不确定度

置信水平95%时，取包含因子K=2，扩展不确定度Up为：Up= K×Uc。

表2 回潮率测试数据 %

表3 不确定度评定数据%

3.3.5 结果评价

将数据带入公式（1），分别计算其En值，详见表3。可见，4台设备测试结果的|Eni|≤1，测试结果可评价为满意。

4 结论及建议

按照10%抽样测试的规定，回潮率的平均值结果在不同厂家、不同型号、不同批次仪器之间差别不大，在允许范围内。这就说明插入式回潮率测试的结果一致性好，结果比较稳定，是可靠的。对同一棉包不同仪器之间测试结果偏差较大，最大偏差达到了0.7%，这说明插入式回潮率测试仪重现性差，需要进一步改进升级，提高测试结果的稳定性。

建议回潮率测试要严格按照标准规定和仪器说明书的要求来操作，避免因操作不规范对结果产生的影响。

鉴于棉包回潮率测试环境条件往往比较恶劣，仪器设备使用频繁，使用环境条件剧烈变化，连接线、温度补偿器、探头等附件易损坏等情况，设备在使用前应予以充分平衡，严格按照设备说明书的要求进行校验，确保仪器处于正常工作状态，并定期（建议周期为一个月）对回潮率测试仪进行期间核查或者送计量服务机构进行检定，以确保仪器设备状态稳定，提升测试结果的可靠性。