矿用氧气报警器测量结果的不确定度评定

矿用氧气报警器测量结果的不确定度评定

陈华 任莎利

国家能源鄂尔多斯市神东检测有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017209

摘要：介绍了矿用氧气检测报警器相关计量的技术指标及其示值误差的检定方法，并根据《矿用氧气检测报警器》及《测量结果不确定度的评定与表示》，对测量范围为0-25%O₂的便携式氧气检测报警器示值误差检定结果的不确定度进行了评定，结果显示其测量结果的扩展不确定度符合检定合格评定中一般要求以上量传比例的规定。

关键词：氧气检测报警器；测量结果；不确定度

一、概述

1、检定依据：JJG1087–2013《矿用氧气检测报警器》。

2、检定环境温度：15℃-35℃；相对湿度≤85%；周围环境应无影响仪器正常工作的气体和电磁场干扰。

3、检定用设备：摩尔分数10.0%、15.0%、20.9% 左右的氮中氧气体标准物质（U_rel =1. 0%,k=2）；零点气（高纯氮气，纯度不低于99.99%）；气体流量计（0-600 mL/min，准确度不低于4级）；秒表(分辨力优于0.1s）；声级计；卷尺等。

4、测量对象：便携式矿用氧气报警器。

5、测量范围：氧的摩尔分数为0-25%O₂。

6、测量过程:通入一定浓度的标准气体, 平衡后读取被测仪器的示值,每点重复测量3次,3次的算术平均值与标准气体实际值的差值,即为矿用氧气检测报警器的示值误差。

二、检定方法

矿用氧气检测报警器用于检测矿井作业环境中氧气的浓度,当氧气浓度测量值小于等于报警设定值时能自动发出声光报警信号。该仪器主要由电化学氧气检测元件、电子部件和显示部分等组成,由电化学氧气检测元件将环境空气中氧气浓度值转换成电信号,然后通过电路处理,并以浓度值显示出来,有的仪器还具有氧气浓度值对应的电信号输出功能。本文以便携式矿用氧气检测报警器为例。

1、仪器的调整。便携式仪器采用本机电源,检定前应充足电。 接通电源,按照仪器使用说明书要求的时间对其进行预热,一般预热时间不少于15 min;按说明书 规定的流量(如果说明书没有明确要求,则一般控制 在(200±10) mL/min),连接气路,通入高纯氮气调整零点;通入清洁空气调整示值;零点和示值分别调整,在此后的检定过程中不得再次调整。

2、示值误差的检定方法。按仪器说明书要求的流量,分别通入摩尔分数 5. 0% 、10. 0% 、21. 0% 左右的氮中氧气体标准物质, 待读数稳定后,记录仪器的示值。每点测量取其算术平均值作为仪器各点的示值,计算各点的示值误差,并取绝对值最大者作为仪器的示值误差。

根据以上介绍可知:矿用氧气检测报警器的检定是通过输入标准气体与被检仪器的显示值的比较来确定被测仪器的示值误差，现对测量范围为 0-25%O₂ 的便携式氧气检测报警器示值误差检定结果的不确定度进行评定。

三、便携式氧气检测报警器测量结果不确定度评定

1、测量数学模型

2.不确定度分量

2.1测量重复性引入的标准不确定度u（X）

对于测量重复性引人的不确定度可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。按规程规定，尽量在相同测量条件下，选一台性能稳定的氧气报警器，其测量范围为（0~25）%O₂,用标准气体10.0%O₂为例进行连续测定，6 次测定的结果如下：9.9，10.0，9.8，9.8,9.9,9.8%O₂ 其平均值：9.9%O₂ 。

单次测量的实验标准差为单次实验标准差

平均值的实验标准差为

故,重复测量的不确定度为

2.2由转子流量计引入的不确定度u（B₁）

由(60 ~600)ml/min转子流量计检定证书知，其不确定度为1.6%（包含因子k=2，依据JJF 1059.1 -2012（《测量不确定度评定与表示》），测量点为10.0%O₂， 所以其标准不确定度为

u(B₁) =0.8% x 10.0%O₂=0.08%O₂

2.3由仪器分辨率引起的标准不确定度u（B₂）

测量人员在测量过程中读取仪器示值时，由于该甲烷测定器的分辨力所造成的估读误差无法在重复性中体现，故应考虑仪器分辨率引起的标准不确定度。该氧气报警器的分辨力为0.1%O₂，故分辨力引人的最大可能误差为O.05%O₂，属于B类评定。估计其为均匀分布，因而由分辨力引入的标准不确定度为u(B₂)  

2.4由标准气体引入的标准不确定度u（B₃）

气体标准物质是国家二级标准物质，定值不确定度为1.0%，k取2，为B类评定，所以由标准气体引人的不确定度为

u(B₃)=O.5%x10.0%O₂ =0.05%O₂ 3.合成标准不确定度u（C）

4.扩展不确定度

U=k×u(_C)=2×0.99%O₂=0.20%O₂

5.相对扩展不确定度

U_rel=U/|y|=0.20/10.0×100%=2.0%O₂

6.不确定度报告

矿用氧气报警器误差测量结果的相对不确定度为

U_rel=2.0% ，k=2 。  

7.验证结果分析

对于该台量程为0-25%O₂的矿用氧气检测报警器，在10.0%O₂测量点的示值误差限为0.7%O₂，而按本检定规程测量示值误差的方法，其测量结果的最大误差为U=0.20%O₂，U/∆=0.7%O₂/0.20%O₂=3.5>3，符合检定合格评定中一般要求以上量传比例的规定。 由此证明规程规定的技术指标和检定方法是恰当的,与目前的仪器的技术水平也是符合的。

参考文献：

国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示[S].JJF1059.1-2012.

全国环境化学计量技术委员会.矿用氧气检测报警器[S].JJG1087-2013.