车用窗帘布遮光率测试不确定度的分析

马 玲，黄 杨，张小琪，沈悦明

（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）

0 引言

窗帘的遮光率是指一定强度的光（模拟日照）照射到试验样品的阳光照射面，通过测试光线透过试样的发光照度与无试样时所得的照度进行比较，计算其遮光率。车用窗帘相比于家用窗帘来说，对其遮光率的要求更高，所用材质也与家用窗帘有所不同。车用窗帘不仅需要有优异的阻燃性能和耐晒性能，还需要有较好的遮光性能，只有同时具备这些条件才可体现出车用的舒适性和安全性。

车用窗帘织物的遮光率受到多种因素的影响，如织物的色彩、紧密度及厚度，它们都与遮光率有很大的关系[1]。为保证试验结果的稳定性，本文选用常用的平纹组织车用窗帘黑色织物（该织物具有0.4 mm循环数为10的经纬纱，且经纬密均为500 根/10 cm）进行测试。

测量车用窗帘布遮光率不确定度的意义主要在于对遮光率测试结果的肯定程度，证明结果的可依赖性。当测试出结果的不确定度越小，说明其检测结果的可信程度越高，其利用价值也越高；当测试出结果的不确定度相对较大，说明其结果的可信程度较弱，试验存在较多的不稳定因素。因此，对窗帘布的遮光率进行测试不仅可增加测试的可信度，还能够增强测试结果的相比较性。

1 测试原理与方法

1.1 仪器与设备

试验所用仪器为日本大荣科学精器制作所生产的LBC-10A遮光性试验机（见图1），光源卤电灯球电压为100 V，功率为500 W，照度计的试验范围为0.01～l 00 000 lx，照度计精度为±2%。

图1 LBC-10A遮光性试验机

1.2 测试方法

参照FZ/T 62025—2015《卷帘窗饰面料》进行试验。通过稳定且具有一定强度的光量照射在试样的阳光照射面，测量光线透过试样的发光照度，与无试样时的照度相比较，计算出遮光率。

首先调整仪器的状态，进行零点校正，通过旋转光源照度调节旋钮调节光源照度，并在光源照度显示值为100 000×（1±5%）lx 的状态进行测试。平铺试样（确保试样表面处于平整、无褶皱的状态），将试样接触光照的一面朝上，并用压圈将试样压住，在试验箱上方受光圆孔的上部测定试样透过光线的强度。

1.3 原材料选择与取样方法

车用窗帘黑色织物，具有0.4 mm循环数为10的经纬纱，组织为平纹组织，经纬密均为500根/10 cm。试验所用试样的规格为20 cm×20 cm，共20 组，每组试样3块，成分均为100%聚酯纤维。取样时，应在距离面料末端大于1 m、距布边大于1/10 幅宽处随机取样，且样品应参照GB/T 6529—2008《纺织品调湿和试验用标准大气》要求在标准大气条件下进行调湿。

2 不确定度评定模型

可按式（1）建立不确定度评定的数学模型。

式中：

T——遮光率；

i1——试样安装后的照度值,lx；

i0——无试样时的照度值，lx。

2.1 测量不确定度的来源与分析

测试遮光率的不确定度主要包括获取样品、遮光率仪器、重复操作与测试及数值修约产生的不确定度。其中，随机因素产生的不确定度为样品的随机因素产生的不确定度，主要包括样品重复操作带来的随机因素和样品的均匀性带来的随机因素。仪器误差产生的不确定度为系统不确定度，主要包括仪器产生的基本偏差（照度计的不确定度）和数值修约引入的不确定度[2]。不确定度的主要构成部分见图2。

图2 不确定度主要构成部分

2.2 随机效应导致的不确定度

重复性测试与样品的均匀性产生的不确定度需要一定的数据进行测试方可获得。本文对20块相对稳定的面料进行测试，每块样品测试3 次，对随机因素产生的A类不确定度进行测试，并对获得的数据进行处理、分析。依据标准要求对样品进行观察测试、分析，共获得20组（i1～i20）、每组3个（i1～i3），共计60个观测值，详见表1。

表1 20组试样的照度值

表2 20组试样的遮光率

A类标准不确定度的评定方法有很多种，相对比较常见的是用贝塞尔法和极差法进行数据处理。由于本文采取的测量数据次数大于10 次，所以采取贝塞尔法进行数据处理以及分析，且贝塞尔计算的不确定度可信度相对比较高。

由贝塞尔法计算重复性引入不确定度ua。先分别计算20组观测值的试验标准差sj（xk）。由于每组包含的测量次数均为3次，总共试验次数为60次，通过计算得出的试验测试平均值为98.490%。因此，合并样本标准差sp（xk）可以按式（2）进行计算，从而得出试验标准偏差s=0.060 44。

式中：

j——第j组；

k——第k次。

同时，按式（3）计算60组数据平均值的标准偏差，即可得出由试样的均匀性与重复操作产生的不确定度Ua。式中N代表试验次数，由于计算的最终获得结果为20组，因此，N取20。

2.3 仪器基本误差引入的不确定度ub1

根据LBC-10A 遮光性试验机的检定证书查得，其不确定度为±2%。由于系统不确定度分布包括均匀分布、正态分布、反正弦分布、三角分布、梯形分布，而仪器产生的误差又比较稳定，在[-2,2]之间波动，因此仪器产生的基本误差可使用均匀分布进行计算。根据LBC-10A 遮光性试验机的检定证书查得，其不确定度为±2%，扩展因子k=2，因此相对不确定度：urel。

仪器基本误差引入的不确定度可以按ub1=urel×xˉ进行计算，即：ub1=。将相对不确定度urel,b1及20 组数据的平均值98.49%代入后计算得到ub1=1.137 3。

2.4 数值修约引入的不确定度ub2

根据标准要求，遮光率测试结果应修约至整数。因此数值修约引入的不确定度ub2可以按ub2=进行计算，式中a为1,平均值为98.49%。计算得到数值修约引入的不确定度ub2=0.284 3。

2.5 合成不确定度

由于随机因素产生的不确定度，以及仪器误差、数值修约产生的不确定度为独立不相关关系，因此其合成不确定度按式（4）进行计算，并将ua、ub1、ub2不确定度分量代入来计算其合成不确定度，计算得出合成不确定度为uc=1.172 0

2.6 扩展不确定度

扩展不确定度计算的目的，主要是使遮光率测试的结果大部分分布于此区间内。通常情况下，扩展不确定度是由合成不确定度和扩展倍数的乘积计算获得的，其本质主要是合成不确定度扩展K倍得到的结果，即：u=uc×K 。其中，K 为包含因子，一般情况下K是根据置信区间来选择的，而置信区间主要用于排除一些特殊情况造成的可信程度，对于大部分试验来说，主要是随机因素和一些偶然因素的存在。

一般情况下，当选择95%的置信水平时，K值为2。除非是特别稳定的试验，其置信水平能够达到99%，才会选择K 值为3。本试验选择K 值为2 时，所得扩展不确定度u 值为2.345 0。

3 结论

（1）对于车用窗帘织物来说，操作的随机性与样品的随机性对样品的不确定度影响较大，因此在操作过程中要尽可能保持样品的均匀性，避开操作的差异性和样品的褶皱与布边。

（2）仪器基本误差产生的不确定度相对较高，虽然数值的修约对数据的最终结果影响不大，但仪器的基本误差对不确定度的影响相对较大，因此在操作仪器的时候要注意光源电灯球的稳定性。

（3）样品的不确定度与样品结构有关，选用结构稳定、差异性较小的织物获得的不确定度结果较小；对于样品结构差异性较大的织物来说，可能得到的不确定度数据偏大。