红外碳硫仪测定钢中碳、硫含量的不确定度评定研究

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　　摘 要：本文结合红外碳硫仪测量分析的原理，建立不确定度分析的数学模型，研究分析不确定度分量，从测量重复性、标准物质含量、校准时测量变动性、仪器显示分辨力、样品称量等几方面影响因素进行分析研究，对红外碳硫仪测定钢中碳、硫含量的不确定度进行合理评定并提出合理的质量控制方案。
　　关键词：红外 碳硫含量 不确定度
　　一 、前言
　　测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性，是与测量结果相联系的参数，是用来表征被测量之值所处范围的一种评定。对检测结果测量不确定度来源的识别应从分析测量过程入手。试验室中进行钢材中碳硫化学成分分析较为普遍的是使用红外碳硫分析仪，其自动化程度高，操作简便迅速，分析精度高，而且测试时间短，可实现碳、硫的联合测定。对此测定结果不确定度的合理评定是分析测试机构的能力的体现，同时也是衡量检测结果正确度的手段。
　　二、分析方法原理及测量参数概述
　　1.红外吸收光谱法测定碳硫元素的原理
　　试样经高频感应加热通氧燃烧，碳同氧反应生成的二氧化碳是极性分子，可与入射的红外辐射耦合而产生吸收。二氧化碳在波长4.26μm处有很强的特征吸收带，吸收规律符合朗伯—比尔定律。当压力固定时，CO2气体吸收红外线的能量与气体的浓度成正比，检测CO2气体进入红外吸收池前后能量的变化值可直接换算成试样中碳的含量。试样中的硫氧化成二氧化硫，经载气送入测量单元，基于多原子气体分子对红外线有选择性吸收，即有其特定波长，SO2在7.40μm处有很强的特征吸收，因此只要通过测量红外能量衰减变化，就能测定硫的含量。
　　2.测量参数
　　用高频燃烧红外吸收法测定一低合金钢中的碳、硫含量，标准物质和样品称量约1.00g。以合适的低合金钢标准物质校准红外碳硫分析仪（进行3次），记录结果，然后进行样品测量（进行5次），记录结果。校准及样品测量结果见表一。
　　三、数学模型的建立
　　对检测实验室的不确定度来源，如取样、预处理、方法偏离、测试条件的变化以及样品类型的改变等都应考虑在数学模型中。以碳含量的不确定度评定为实例展开研究评定，硫含量的不确定度评定原理相同。
　　四 、不确定度分量的识别和评定
　　1.被测样品测量重复性的不确定度分量
　　根据重复测量的数据，5次测量的平均值0.196%，标准差s =0.00122%，重复测量的标准不确定度u（s）=0.00122% / =0.0005
　　2.标准物质碳含量的不确定度分量
　　已知标准物质定值的标准差为CB=0.004%，按均匀分布，其标准不确定度 0.0023/0.210=0.011。
　　3.校准时测量变动性的不确定度分量
　　本次测量中用一个标准物质重复测量校准了三次，将测量值校准为标准值。标准物质校准的变动性同测量重复性。标准差SB =0.001%，重复测量的标准不确定度 4.样品称量的不确定度
　　分析中涉及到被测样品称量和标准物质称量的不确定度分量评定。主要有两个因素，称量的重复性和称量的误差。
　　4.1 被测样品称量（m）的不确定度分量
　　被测样品称量的重复性已包括在测量的重复性中，不再计算。
　　本仪器天平的称量误差为±0.1mg，按均匀分布，称量的标准不确定度为0.1/ = 0.058mg，称量一个样品需经二次使用天平（一次空盘，一次样品），按方和根计算：
　　4.2 标准物质称量（m B）的不确定度分量
　　标准物质称量的重复性已包括在标准物质校准的重复性分量中，不再计算。称量的误差 0.082/1000=0.000082。
　　5.仪器显示分辨力的不确定度
　　如果重复测量所得若干结果的末位数存在明显的差异，由此计算的重复性标准不确定度中，已包含了分辨力效应的分散性，分辨力的不确定度分量可忽略不计。当末位数无明显出入，甚至相同，这时应将 作为一个分量计算在合成不确定度中。
　　本仪器测量时仪器显示的最小单位是0.001（分辨力δx），其标准不确定度 ，相对不确定度
　　五、合成相对标准不确定度
　　各分量互不相关，按方和根计算相对合成不确定度：
　　六、扩展不确定度的评定
　　取包含因子k=2，得 U=0.0023%×2=0.0046%≈0.005%
　　七、测量结果的表示
　　1.此低合金钢中碳含量为：wc=（0.196±0.005）%，k=2。
　　碳含量不确定度评定的各个参数及量值列于表二。
　　2.同理，硫的合成相对标准不确定度
　　硫的扩展不确定度的评定：
　　取包含因子k=2，得 U=0.00038%×2=0.00076%≈0.0008%
　　此低合金钢中硫含量为：Ws=（0.0485±0.0008）%，k=2。
　　硫含量不确定度评定的各个参数及量值列于表三。
　　八、结束语
　　通过合理的对红外碳硫仪测定钢中碳、硫含量的不确定度评定研究，确定了被测量之值与真值之间的分散性。对该测量方法的不确定度影响分量进行分析后获得了影响测量不确定度的主要因素，在分析测试过程中进行控制，可以进一步提高分析测试结果的准确性，降低分析测试风险，保证产品质量。
　　参考文献
　　[1] JJF 1059-1999 测量结果不确定度评定与表示.
　　[2] CNAS-GL05：2011《测量不确定度要求的实施指南》.
　　[3] CNAS-GL06：2006 化学分析中不确定度的评估指南.
　　[4] CSM 01 01 01 00-2006 化学成分分析测量结果不确定度评定导则.
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