中等温度条件下润滑油泡沫特性的不确定度评定

侯大庆

(山西省产品质量监督检验研究院，山西 太原 030012)

引 言

泡沫特性指油品生成泡沫的倾向及泡沫的稳定性。润滑油在实际使用中，由于受到振荡、搅动等作用，使空气进入润滑油中，以至形成气泡，因此要求评定油品生成泡沫的倾向性和泡沫稳定性。中等温度条件下泡沫特性是指测量润滑油泡沫特性的测量温度小于100 ℃时的温度。本文通过对影响中等温度下泡沫特性测量不确定度的影响因素进行分析、计算和比较，从而找出影响测量结果的主要因素，以提高实验结果的准确性。

1 实验方法

1.1 主要仪器及工作参数

润滑油泡沫特性试验机SYP3006-1，上海神开石油仪器有限公司；量筒；温度计；扩散头。

环境温度，相对湿度。分辨率10 mL测量范围在0 mL～1 000 mL时的最大允许误差值为±5 mL。

1.2 原理及方法

试样在24 ℃时，用恒定流速的空气吹气5 min，然后静止10 min。在每个周期结束时，分别测定试样中泡沫的体积。取第二份试样，在93.5 ℃下进行实验，当泡沫消失后，再在24 ℃下进行重复实验。

2 测量模型

根据GB/T12579-2002《润滑油泡沫特性测定法》[1]，润滑油泡沫特性测量数值直接由测试仪器读取，属于直接测量，按照公式(1)计算。

V/V1=I/I1

(1)

式中，V为样品润滑油泡沫倾向测定值，mL；V1为样品润滑油泡沫稳定性测定值，mL；I为润滑油泡沫特性试验机泡沫倾向测得值,mL；I1为润滑油泡沫特性试验机泡沫稳定性测得值,mL。

3 测量不确定度的来源

1) A类不确定度：重复测量引入的不确定度。

2) B类不确定度：

①润滑油泡沫特性试验机误差引入的不确定度；

②温度测量误差引入的不确定度；

③油样中通入空气流量误差引入的不确定度；

④油样中通入空气体积误差引入的不确定度；

⑤计时误差引入的不确定度。

4 不确定度分量评定

4.1 A类不确定度的评定

测量重复性影响引入的不确定度用A类不确定度评定。按照测量方法要求，在重复性条件下，本次实验使用CF 5W-30润滑油样品对其中等温度下泡沫特性进行10次独立重复性测量，润滑油在中等温度下泡沫特性重复性测定结果见第79页表1。

单次实验标准偏差s(V)用贝塞尔公式[见式(2)]计算。

(2)

表1 润滑油泡沫特性重复性测定结果

A类标准不确定度u(A)用平均値的标准偏差[计算见式(3)]。

(3)

A类相对标准不确定度urel(A)计算见式(4)。

(4)

根据公式(2)、(3)、(4)计算得到测量重复性影响A类不确定度，数据见表2。

表2 测量的重复性引入的不确定度

4.2 B类不确定度的评定

4.2.1 润滑油泡沫特性试验机误差引入的不确定度u1(V)

u1(V)=a1/k1[2-3]

(5)

由此引起的相对标准不确定度计算结果见表3。

表3 润滑油泡沫特性实验机误差引入的不确定度

4.2.2 温度测量误差引入的不确定度u2(V)

u2(V)=a2/k2[2-3]

(6)

由此引起的相对标准不确定度计算见式(7)。

[2-3]

(7)

式中T为测量温度，℃。计算结果见表4。

表4 温度测量误差引入的不确定度

4.2.3 油样中通入空气流量误差引入的不确定度u3(V)

u3(V)=a3/k3[2-3]=2.886 8

(8)

实验过程中控制空气流量为94 mL/min，空气流量引起的相对标准不确定度计算见式(9)。

(9)

4.2.4 油样中通入空气体积误差引入的不确定度u4(V)

u4(V)=a4/k4[2-3]=14.433 8

(10)

实验过程中通入试样油的空气体积为470 mL，则空气体积引起的相对标准不确定度计算见式(11)。

(11)

4.2.5 计时误差引入的不确定度u5(V)

u5(V)=a5/k5[2-3]=0.577 4

(12)

实验过程计时时间为5 min/10 min，则计时误差引起的相对标准不确定度计算见式(13)。

(13)

5 合成标准不确定度

对于直接测量，各相对标准不确定度分量通常是互不相关的，所以合成相对标准不确定度按公式(14)合成。

(14)

润滑油泡沫特性测量合成标准不确定度计算公式见式(15)。

(15)

通过式(14)、式(15)计算可以得到测量合成不确定度。

1) 前24 ℃实验条件下

泡沫倾向合成相对标准不确定度为：

泡沫稳定性合成相对标准不确定度为：

2) 93.5 ℃试验条件下

泡沫倾向合成相对标准不确定度为：

泡沫稳定性合成相对标准不确定度为：

3) 后24 ℃条件下

泡沫倾向合成相对标准不确定度为：

泡沫稳定性合成相对标准不确定度为：

数据汇总见表5。

表5 测量合成不确定度

6 扩展不确定度

扩展不确定度可由式(16)计算。

U=kuc[2]

(16)

式中：k为包含因子。

置信概率取P=95%，k=2。经计算，本次测定结果的扩展不确定度，数据见表6。

表6 测量结果的扩展不确定度

7 不确定度报告

通过对润滑油CF 5W-30泡沫特性的测量，当置信概率P=95%，包含因子k=2时，本次测定结果见表7。

表7 测量结果的扩展不确定度

根据标准规定，测量方法的重复性限为:

r(程序Ⅰ和程序Ⅱ)=10+0.22X[1]

r(程序Ⅲ)=15+0.33X[1]

再现性限为:

r(程序Ⅰ和程序Ⅱ)=15+0.45X[1]

r(程序Ⅲ)=35+1.01X[1]

所以本次结果满足标准要求。

8 结论

润滑油中等温度下泡沫特性测定的不确定度评定。

通过对润滑油中等温度下泡沫特性不确定度分量的测定得出，影响泡沫倾向性扩展不确定度的主要分量依次为：润滑油泡沫特性试验机的误差、测量的重复性、空气体积和空气流量；国家标准规定泡沫稳定性不大于0，所以，对于合格的成品润滑油其泡沫稳定性为0，其泡沫稳定性的扩展不确定度就为0。

开展润滑油中等温度下泡沫特性的测定，润滑油泡沫特性试验机应检定合格，实验结果要满足精密度要求，定期校准空气流量计。