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陈赓良 的个人博客

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修订国家标准GB/T28766的有关资料

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完整地评价一台仪器的误差和不确定度,需要在特定的操作范围内测量无限个精心设计的标准气混合物;因而实际上是不可能的。本标准代之以测量少量精心设计的标准气混合物,并在预先设定的含量范围内确定每个特定组分响应函数的数学表达式。利用这些“真实的”响应函数、仪器数据系统“假设的”响应函数与仪器特定的校准气混合物的标准数据,离线建立仪器操作性能评价的数学模型。然后,大量气体混合物可以利用离线数值模拟方法确定测量系统固有的性能基准。


在线分析仪器的功能是提供天然气组成分析,并据此用ISO 6976中描述的方法计算高位发热量。被测定的组分包括氮、二氧化碳和所有C1到C5饱和烃。碳原子数大于5 的组分可以单独测定,也可以作为“虚拟组分” C6+被测定。如果这些组分单独测定,则分析后可以加和为C6+值。天然气中氦气组分含量可以假定为零。分析仪器的基本功能是测定发热量值,以下示例将规定仪器的操作性能要求。


仪器操作性能可简明地以平均误差及其扩展不确定度表示。此信息可用方法表述:

a)在设定的组成范围内比较仪器操作性能与预先设定的要求;

b)对每个组分确定其测得摩尔分数及(据此计算)物性的误差不超过预先设定要求的组成范围。


典型的情况是规定仪器的最大允许误差(MPE)和最大允许偏差(MPB)。如果以下两个公式成立则预先设定的操作性能要求能够达到。




用Monte-Carlo法模拟设计天然气10000个假设组成数据集,其中每个组分的摩尔分数均在表A.1规定范围内。表A.7列出了一小部分假设组成。对每个假设组成而言,每个组分的摩尔分数和任何据此计算物性的测量误差及其不确定度都是确定的。附录A.1中规定的分析要求已经确定了高位发热量测量误差及其扩展不确定度。表A.8列出了高位发热量测量误差及其扩展不确定度的计算结果。


仪器操作性能要求:

计算真实气体的高位发热量值时,参比条件为15℃(燃烧)和15℃、101325Pa(计量)。C6+组分按正已烷性质计算其发热量。

最大允许误差(MPE):0.1 MJ·m-3

MPE对于分析仪器量程内测量的所有组分都适用。在规定分析范围内,MPE值对所有组成均适用。MPE值在包含因子k = 2,置信水平95%的条件评价得到。

最大容许偏差(MPB):0.025 MJ·m-3

在仪器正常操作时,MPB仅适用于预设组成。


仪器基准

以上章节描述了如何计算N组假设组成中每一组测得的摩尔分数与据此计算物性的测量误差及其不确定度。后者可转化为一个(如下文所述的)单一平均误差和不确定度;当以特定的工作校准气混合物分析特定的气体时,此平均误差和不确定度就作为仪器操作性能的基准。本标准附录B根据ISO/IEC 指南98-3,概述了采用仪器基准的理由。

按下式计算摩尔分数和物性的平均平均误差:



式中是N个假设组成中第t个组成的摩尔分数或据此计算物性的误差。

上述平均误差的标准不确定度采用正平方根计算



式中

——N个假设组成中每个组成误差的方差;

——N个组成中每个组成测量误差的标准不确定度平方的算数平均值。

选择适当的包含因子k,计算平均误差的扩展不确定度:


使用仪器评价基准的说明

   本标准采用的方法是基于ISO/IEC指南98-3:2008 F.2.4.5阐明的原理,在不采用校准曲线进行校正的情况下,以单一的平均校正系数对测量值进行最佳估计。

(B.1)

   平均校正系数由下式确定:

(B.2)

  对所有测量值按式B.1进行估计时,其标准不确定度的单一值是式B.3的正方根。

(B.3)

式(B.3)中的第一项是除b(t)以外所有不确定度来源y(t)的方差,即使用仪器进行未知样品分析涉及的不确定度。

   第二项是校正系数b(t)的方差,第三项是在分析范围内平均校正系数的方差。第二与第三两项一起描述了校正过程,以及表征仪器在分析范围内操作性能的平均校正系数的不确定度。

就仪器操作性能而言,平均误差是由本标准6.6.4设定的N个假设组成中所有组成的平均值确定的(参见式B.4):

(B.4)

[ 这里是指N个假设组合中第t个组合的误差(或者是组分分数,或者是物性)。]→[式中,是由N个假设组成部分计算而得的误差(包括组分摩尔分数和物性)。]

   平均误差的标准不确定度是下式的平方根

(B.5)

[其中,是N个组合中每一个组合的误差计算得到的总体误差的方差,是所有N个组合误差不确定度平方的平均值]→[

式中

 ——由N个假设组成中每个组成计算出的所有误差的方差;

 ——计算出的所有误差的标准不确定度平方的平均值。]

(B.6)

由于假设的摩尔分数及据此计算的物性皆为真值而不存在不确定度,故误差的不确定即等于测得的摩尔分数及据此计算物性的测量不确定度。