氨气检测仪示值误差测量结果的不确定度评定

田郁郁，姚 尧，程 鹏，王志鹏，巩 莹

（1 天津市计量监督检测科学研究院，天津 300192）（2 国网天津市电力公司培训中心，天津 300170）

1 概述

氨气是室内和大气环境主要污染物之一，可通过皮肤或呼吸道引起中毒，刺激性强。氨气检测仪属于安全防护类仪器，广泛应用于冶金、石油、化工、石化、煤炭工业等行业，可以准确地测量出空气中氨气的浓度，做出声光报警和排风或截止阀动作反应，使用户防患于未然，对防火、防爆、防中毒等具有重要意义[1-2]。

氨气检测仪检定装置主要由有证氮气中氨气标准物质和气体流量计组成。采用直接测量法，以氨气标准物质作为标准器，同时依靠气体流量计控制气体流量，使其通过传感器气室、采样元件、电子电路及显示器后直接读取氨气检测仪的示值[3]。同时使用电子秒表、兆欧表等配套设备，测量氨气检测仪的其它计量性能。

2 测量方法

2.1 技术依据

JJG 1105-2015《氨气检测仪》计量检定规程；JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。

2.2 测量使用的仪器设备

气体标准物质：国家二级气体标准物质氨气/氮气、兆欧表、电子秒表、转子流量计等。

2.3 测量要求的环境条件

实验过程应在通风良好清洁的实验室内完成，保障环境中无影响检测准确度的干扰气体。

室温：0℃～40℃，相对湿度：≤85%。

2.4 示值误差及重复性测量

仪器通电预热稳定后，按图1连接气路，通入零点气体校准仪器的零点，通入满量程80%氨气体标准物质校准仪器示值。然后分别通入浓度约为满量程20%、50%和80%的氨气体标准物质，记录仪器稳定示值。每点测量3次，3次平均值为仪器示值。按公式（1）计算示值误差，取绝对值最大的为仪器示值误差。

图1 流量控制器连接图

通入氨气标准物质后直接读取检测仪的示值，根据示值与标准值，便可得到示值误差。在标准装置及被检仪器正常工作条件下，将气体标准物质通入被检仪器，读取其稳定示值，重复测量10次，则单次测量的重复性为：

3 测量不确定度分析

3.1 数学模型[4]

3.2 测量不确定度来源分析

（1）测量重复性引起的不确定度；

（2）仪器分辨率引起的不确定度；

（3）气体标准物质引起的不确定度；

（4）环境温度、湿度、人员变化等引起的不确定度。

由于是在相应计量检定规程规定的环境条件下进行检定，且是在短时间内由同一人完成，所以环境条件及人员的影响可忽略不计；而仪器分辨率所产生的不确定度已经包含在测量重复性的计算当中，除非重复性极小（已低于分辨率带来的不确定度分量）时，才予以考虑。因此，该仪器测量结果的不确定度因素只纳入测量重复性与气体标准物质部分[4-5]。

3.3 灵敏度系数

根据不确定度传播率[5]，可得：

式中：

经计算可得灵敏系数：

3.4 测量不确定度分量计算

在标准装置及被检仪器正常工作条件下，将浓度为500μmol/mol的气体标准物质通入被检仪器，读取其稳定示值，重复测量10次，测量数据如表1所示（μmol/mol）。

表1 重复性试验测量数据

则单次测量的重复性为：

因日常测量时，所得示值误差为3次测量的平均值，则其标准不确定度为：

3.4.2 气体标准物质的标称值准确度的标准不确定度评定

4 合成测量不确定度的计算

4.1 测量不确定度分量一览表2

表2 输出量标准不确定度分量一览表

4.2 合成测量不确定度c的计算[7]

同理，对200μmol/mol以及800μmol/mol浓度点的不确定度进行计算，分别得到=1.04%和=1.01%。

4.3 扩展不确定度的计算

5 结语

天津市各类型的氨气分析仪、检测仪、报警器已广泛应用于检测机构、科研单位及计量领域，所以，控制其量值的准确、性能的可靠，对保护国家财产、人民生命安全都起着至关重要的保护作用。建立氨气检测仪检定装置的社会公用计量标准，对实现天津市范围内量值统一、有效溯源具有重大意义，从而提供经济与社会的双重效益。