自动烟点测定仪测量不确定度的评定

1 自动烟点测定仪的组成及原理

自动烟点测定仪主体由燃烧室模块、光学标定系统、导油芯管、升降机构、储油器及基座等组件构成。

检测流程：将10mL 燃料注入储油器，燃料通过导油芯管的毛细效应上涌至燃烧端，经气化后形成可燃混合气体，气体燃烧形成特征火焰，升降机构调节过程中，储油器高度变化会改变燃烧环境的气流分布，当氧气供应不足时，碳颗粒析出形成可见烟羽。通过动态调整燃烧高度直至获得稳定无烟火焰，系统自动记录此时标尺数值作为烟点值。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

自动烟点测定仪：RD-YD-01 型，北京润东仪器厂试剂：甲苯分析纯（纯度 99.5%AA） ）；2，2，4-三甲基成烷（异辛烷）液相色谱纯（纯度 99.8%）移液管：10mL，分度值 0.1mL（A 级合格）；量筒：25mL，分度值 0.5mL（A 级合格）

2.2 环境条件

温度：15℃～35℃；相对湿度： 30%～85%

2.3 标准燃料的配置方法

标准燃料的配置方案分别为：标准烟点值（气压为 1.013kPa）30.2mm、25.8mm、22.7mm 和 20.2mm，甲苯体积分数 10% 、 15% 、20%和 40% ，异辛烷体积分数90%、85%、80%和 60% 。

3 校准过程

3.1 外观检查

自动烟点测定仪各控制功能键操作正常，显示内容清晰和完整。测量仪器产品铭牌标记应正确简洁、清晰，且应显示出其设备制造厂商名称、品牌名称、仪器名称、类别、尺码、出厂序号及出厂时间。

3.2 仪器校准

输入测量观测的大气压，仪器自动输出已存储的校正值，显示烟点测量值。

3.3 示值误差

选取配置的标准燃料，量取20mL 装入量筒，按规定方法重复检测 2 次，取2 次算术平均值为最终检测值，按照式 （ 1） 计算示值误差。

∆=തx-xs （1）

式中：∆—示值误差，mm；ഥX—烟点测得值，mm；XS—烟点标准值，mm。

3.4 重复性

选择示值误差所用的标准燃料测得的两次测量结果，用极差法求得的实验标准偏差即为重复性，按照式 （ 2）计算。下式中 L_1-L₂ 即为极差

式中：R—测量的重复性示值，mm；L1—第1 次测量结果，mm；L2—第2 次测量结果，mm；d—极差系数（n=2 时，d=1.13）

4 不确定度评估

4.1 计算自动烟点测定仪校准结果的数学模型建立自动烟点测定仪的示值误差的形式为： Δ=X-X_s

不确定度传播律：

灵敏系数：

4.2 示值误差的不确定度来源和不确定度分量评定

自动烟点测定仪的不确定度来源有三个方面： 标准燃料的纯度引入的不确定度、配置标准燃料引入的不确定度、测量重复性以及仪器分辨力引入的不确定度。

4.2.1 标准燃料纯度引入的不确定度 u_1rel 甲苯分析纯液纯度为：0.997±0.003；2，2，4-三甲基戊烷纯度为：0.9975±0.0025，

计算得

4.2.2 配制标准燃料引入的相对标准不确定度 u_2rel

量筒和移液管属于带有标称容量的计量器具，其标称值并不能够达到与实标测量体积的值完全一致，其误差一般按照三角分布计算，即k 值取 6。根据移液管和量筒的检定证书中的数据，25mL 量筒最大允许误差为±0.25mL；10 mL 移液管最大允许误差为±0.05mL；测量时，量取标准燃料 20mL，用 10mL 移液管量取甲苯 5mL。计算量筒和移液管的最大允许误差引入的相对标准不确定度为 0.41%λ 和 0.51% ，计算得 u_2rel=0.65% 。

4.2.3 测量重复性引入的不确定度 u_3rel

根据规范要求，对一个样品进行了2 次重复测量，根据极差法计算其重复性引入的测量不确定度，两次重复测量结果分别为 20.4mm 和20.7mm，平均值为 20.5mm ，极差为 0.3mm ，计算得 u_3rel=1.3% 。

4.2.4 仪器分辨力引入的不确定度u4rel 根据仪器说明书，仪器分辨力为±0.05mm，计算得 u_4rel=0.17%

由于仪器测量重复性引入的不确定度u 大于仪器分辨力引入的不确定度 Δu_4rel ，因此，在计算合成不确定度时不用考虑仪器分辨力引入的不确定度分量。

4.3 合成相对标准不确定度

可以认为不确定度的两个分量彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可以按下式计算

4.4 扩展不确定度的评定

校准结果不确定度： u_rel=k×u_crel=2×1.5%=3.0% k=2

5 校准结果及不确定度评定结果讨论

5.1 计量性能指标

根据新版 GB/T382-2017 中《煤油和喷气燃料烟点测定法》规范中 12.3 中所述有关自动烟点测量仪的基本计量性能和参数的相关要求，对其测量误差、测量重复性和不确定度评定数据进行对比分析。

5.1.1 示值误差

自动仪器的示值误差范围应保证不允许超过±（1.5%测量点+0.5）mm。实际测量的烟点值示值为 20.2mm，示值最大允许误差值为±（1.5%×20.2+0.5）mm=0.8mm。根据前面所述的测量结果数据，测量仪器的最大示值误差约为 20.8mm-20.2mm=0.6mm 小于 0.8mm。仪器示值误差符合要求。

5.1.2 测量重复性

自动测量仪器连续两次自动测量时的精度极差一般应保持不大于 1mm，本次测试为 0.3mm ，也符合要求。

5.2 不确定度评定结果

对比u1rel、 Δu_2rel， 、u3rel、 u_4rel 数据，可知仪器重复性引入的不确定度对结果影响最大，在测量过程中可以通过增加测量次数减小仪器重复性引入的不确定度，但增加测量次数会增加时间和成本，在使用自动烟点测定仪测量样品时要综合考虑时间成本以及对准确度的要求，以此来确定测量次数。