李春瑛

(中國計量科學研究院，北京 100013)

1 概述:(簡述工作原理、測量標準、測量過程等)

微量氧分析儀主要用于氣體工業(yè)相關領域中生產和應用的、氧含量小于1000μmol/mol的測量儀表。該類儀器通常由電化學氧傳感器 (液體或固體電解質)、氣路單元和電子顯示單元組成。氣體采樣方式為正壓輸送、泵吸入式兩種類型。

檢定方法及檢定過程為:使用鋼瓶裝氮中微量氧氣體標準物質以及鋼瓶配套使用的壓力表、調節(jié)閥、流量控制裝置，經過管路將氣體標準物質通入微量氧分析儀中，觀測儀器顯示值與氧氣體標準物質標稱值之間的差值，而完成對各項技術參數(shù)的檢定。

2 評定依據(jù)

(1)魏昊《化學分析中不確定度的評估指南》中國計量出版社.2002.12

(2)JJF 1001—1998《通用計量名詞術語及定義》

(3)JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》

(4)JJG 945—2010《微量氧分析儀》(修訂版)

3 評定步驟

3.1 檢定過程中測量誤差的數(shù)學模型

3.2 靈敏度系數(shù)

3.3 合成標準不確定度

3.4 擴展不確定度

4 微量氧分析儀計量標準的不確定度來源

檢定過程中不確定度來源為:氮中微量氧氣體標準物質的不確定度以及對測量結果有影響的儀器測量重復性所產生不確定度分量的合成。

5 微量氧分析儀計量標準不確定度的評定

5.1 氧氣體標準物質的標準不確定度分量

檢定過程中，分別采用約為滿量程20%、50%、80%，氧含量＜10μmol/mol，擴展不確定度≤3%(包含因子k=2)、氧含量 (10～1000)μmol/mol，擴展不確定度≤2%(包含因子k=2)的氮中氧氣體標準物質對微量氧分析儀進行量值傳遞與遡源，采用B類不確定度進行評定。

由氣體標準物質引入的標準不確定度分量為:

分別選擇 (0～10)、 (0～100)、 (0～1000)μmol/mol的三臺不同廠家的微量氧分析儀進行不確定度的評定。

5.1.1 量程 (0～10)μmol/mol儀器標準物質引入標準不確定度分量

實驗中選擇美國ΔF公司FAH0050VS型微量氧分析儀，在量程 (0～10)μmol/mol檔，進行不確定度分量的評定。按照規(guī)程規(guī)定，在該量程～80%檢定點，所用標準物質濃度為8.01μmol/mol，其引入的標準不確定度分量u(As)為:

5.1.2 量程(0～100)μmol/mol儀器標準物質引入標準不確定度分量

實驗中選擇北京精微恒測氧技術開發(fā)中心CW-2000型微量氧分析儀，在量程(0～100)μmol/mol檔，進行不確定度分量的評定。在該量程～80%檢定點，所用標準物質濃度為81.91μmol/mol，其引入的標準不確定度分量u(As)為:

5.1.3 量程(0～1000)μmol/mol儀器標準物質引入標準不確定度分量

實驗中選擇西安泰戈分析儀器有限責任公司DFY-VB型微量氧分析儀，在量程(0～1000)μmol/mol，在 ～80%檢定點，選用標準物質濃度為801μmol/mol進行不確定度的評定，其引入的標準不確定度分量u(As)為:

5.2 測量重復性引入的標準不確定度分量

檢定過程中，環(huán)境溫度變化、大氣壓力變化、氣體標準物質的流量變化以及儀器供電電源不穩(wěn)定性等可能因素對測量結果的影響，均通過測量結果的重復性反映出來。規(guī)程規(guī)定:在重復條件下，獨立測量6次獲得的相對標準不確定度 (相對標準偏差)，用貝賽爾公式計算，采用A類不確定度進行評定，此標準不確定度分量計為u(。

根據(jù)公式(6)、(7)計算各點單次測量結果的實驗標準偏差和測量列平均值的實驗標準偏差為

5.2.1 量程(0～10)μmol/mol儀器重復性引入標準不確定度分量

實驗中選擇美國ΔF公司FAH0050VS型微量氧分析儀，在量程 (0～10)μmol/mol進行測量結果重復性不確定度分量的評定。該測量點，在相同條件下對儀器重復測量6次，得到的測量結果見表1～2。

以6次測量算術平均值計算各檢定點測量列的實驗標準偏差，得到的測量結果見表2。

選取實驗標準差中最大值，即8.01μmol/mol測量列80%校準點的實驗標準偏差來評定測量重復性引入的不確定度。得到:

表1 FAH0050VS型氧分析儀各檢定點測量列的實驗結果Table 1 The results of measurement for the test points of FAH0050VSoxygen analyzer

表2 FAH0050VS型氧分析儀各檢定點測量列實驗標準偏差Table 2 The experimental standard deviation of measurement for the test points of FAH0050VSoxygen analyzer

表3 CW-2000型氧分析儀各檢定點測量列的實驗結果Table 3 The results of measurement for the test points of CW-2000 oxygen analyzer

5.2.2 量程 (0～100)μmol/mol儀器重復性引入標準不確定度分量

實驗中選擇北京精微恒測氧技術開發(fā)中心CW-2000型微量氧氣分析儀進行不確定度分量的評定。該儀器的測量范圍:(0～100)μmol/mol。在～80%測量點，在相同條件下對儀器重復測量6次，得到的測量結果見表3～4。

選取實驗標準偏差中81.91μmol/mol測量列80%校準點的實驗標準偏差來評定測量重復性引入的不確定度，得到:

5.2.3 量程(0～1000)μmol/mol儀器重復性引入的標準不確定度分量

實驗中以西安泰戈分析儀器有限責任公司DFY-VB型，量程為(0～1000)μmol/mol的微量氧分析儀為例，在～80% 檢定點，選用標準物質濃度為801μmol/mol進行不確定度的評定，測量結果見表5～6。

表4 CW-2000型氧分析儀各檢定點測量列的實驗標準偏差Table 4 The experimental standard deviation of measurement for the test points of CW-2000 oxygen analyzer

表5 DFY-VB型氧分析儀各檢定點測量列的實驗結果Table 5 The results of measurement for the test points of DFY-VB oxygen analyzer

表6 DFY-VB型氧分析儀各檢定點測量列的實驗標準偏差Table 6 The experimental standard deviation of measurement for the test points of DFY-VB oxygen analyzer

選取實驗標準差中803μmol/mol校準點的實驗標準偏差來評定測量重復性引入的不確定度，得到:

5.3 氧分析儀不確定度的合成結果

5.3.1 量程(0～10)μmol/mol儀器不確定度的合成結果

表7 FAH0050VS型不確定度分量列表Table 7 The budget of the uncertainty component of FAH0050VS

合成標準不確定度和擴展不確定度的計算:

即:量程為 (0～10)μmol/mol，該臺儀器示值誤差校準結果的擴展不確定度為U=1.7%FS(k=2)。

5.3.2 量程 (0～100)μmol/mol儀器不確定度的合成結果

表8 CW-2000型不確定度分量列表Table 8 The budget of the uncertainty component of CW-2000

合成標準不確定度和擴展不確定度的計算:

取包含因子k=2，U=k·uc=2×0.42%=0.84%即:量程為 (0～100)μmol/mol，該臺儀器示值誤差校準結果的擴展不確定度為:U=0.84%FS(k=2)。

5.3.3 量程 (0～1000)μmol/mol儀器不確定度的合成結果

實驗中以西安泰戈分析儀器有限責任公司DFY-VB型，量程為 (0～1000)μmol/mol的微量氧分析儀為例，在～80% 檢定點，選用標準物質濃度為801μmol/mol進行不確定度的評定。

合成標準不確定度和擴展不確定度的計算:

表9 DFY-VB型不確定度分量列表Table 9 The budget of the uncertainty component of DFY-VB

取包含因子 k=2，U=k·uc=2×0.42%=0.84%

即:量程為 (0～1000)μmol/mol，該臺儀器示值誤差校準結果的擴展不確定度為U=0.84%FS(k=2)。

6 檢定結果不確定度的驗證說明

實驗結果表明:

微量氧分析儀，在量程 (0～10)μmol/mol時，規(guī)程規(guī)定的示值誤差限為±10.0%FS;本實驗過程，示值誤差檢定結果的擴展不確定度為:U=1.7%FS(k=2)，則:檢定結果與被檢儀器示值誤差允差之比值為:1.7/10=0.17/1。達到了測量結果的不確定度與被檢儀器技術指標之比不超過1/3的要求。

微量氧分析儀，在量程 (0～100)μmol/mol時，規(guī)程規(guī)定的示值誤差限為±5.0%FS;本實驗過程，示值誤差檢定結果的擴展不確定度為:U=0.84%FS(k=2)，則:檢定結果與被檢儀器示值誤差允差之比值為:0.84/5=0.17/1。達到了測量結果的不確定度與被檢儀器技術指標之比不超過1/3的要求。

微量氧分析儀，在量程 (0～1000)μmol/mol時，規(guī)程規(guī)定的示值誤差限為±3.0%FS，示值誤差檢定結果的擴展不確定度為U=0.84%FS(k=2)，則:檢定結果與被檢儀器示值誤差允差之比值為:0.84/3=0.28/1。達到了測量結果的不確定度與被檢儀器技術指標之比不超過1/3的要求。

以上3臺不同儀器、不同量程的評定結果，均達到了測量結果的不確定度與被檢儀器技術指標之比不超過1/3的評定要求。證明檢定結果不確定度評定和規(guī)程規(guī)定的計量性能要求是合理、正確的。

根據(jù)以上試驗結果，JJG 945—2010《微量氧分析儀》檢定結果的擴展不確定度全部小于規(guī)程評定出的不確定度評定結果。因此證明，按本規(guī)程規(guī)定的方法檢定微量氧分析儀，檢定結果的測量不確定度完全符合檢定要求。