石油產(chǎn)品中運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定

1、石油產(chǎn)品中運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果不確定度 的評(píng)定韓亞麗山西省臨汾市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所摘要:運(yùn)動(dòng)粘度是石油產(chǎn)品重要的物理特征和常規(guī)檢查指標(biāo)，在石油產(chǎn)品的分類(lèi)、鑒 定、利用起著決定性作用。冃前中國(guó)所采用的運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量方式存在很大的不確 定性和分散性。正是由于測(cè)量結(jié)果的不確定性和分散性影響了石油產(chǎn)品的分類(lèi)， 鑒定和利用，既造成了資源的浪費(fèi)乂阻礙了石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。科學(xué)準(zhǔn)確地測(cè)量石 油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)粘度，是提高石油產(chǎn)品利用率的突破口 o筆者結(jié)合多年研究實(shí)踐經(jīng) 驗(yàn)就石油產(chǎn)品屮運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果的不確定度做岀以下評(píng)定。關(guān)鍵詞：石油產(chǎn)品;運(yùn)動(dòng)粘度;不確定度;作者簡(jiǎn)介：韓亞麗（1981-），女，大學(xué)木科，質(zhì)量工程師，研

2、究方向?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì) 量檢驗(yàn)。收稿日期：2017-09-04received： 2017-09-04石油產(chǎn)品作為工業(yè)發(fā)展的主要燃料，與人們的生活質(zhì)量和工業(yè)發(fā)展的速度息息 相關(guān)，在倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展并舉的大形勢(shì)下，對(duì)石油產(chǎn)品進(jìn)行更加精細(xì) 的分類(lèi)，多重利用就顯得尤為重要。1實(shí)驗(yàn)部分仃）測(cè)定原理。石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)粘度是指在規(guī)定的溫度條件下，一定量液體通過(guò) 毛細(xì)管粘度計(jì)時(shí)，測(cè)定其流動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，計(jì)算其運(yùn)動(dòng)粘度。毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù) 與運(yùn)動(dòng)吋間的乘積就是該溫度下該石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)粘度。（2）儀器與試劑。儀 器:運(yùn)動(dòng)粘度儀、秒表;試劑：68#渦輪機(jī)油。（3）試驗(yàn)步驟。將恒溫槽的溫度設(shè) 定在（40±01）

3、°c,根據(jù)所要測(cè)試的試劑和規(guī)定的測(cè)試溫度選用合適的毛細(xì)管 粘度計(jì)，將待測(cè)試樣抽入粘度計(jì)中并置于恒溫槽中，將粘度計(jì)調(diào)整為乖直狀態(tài)。當(dāng)儀器顯示準(zhǔn)備好時(shí)，點(diǎn)擊開(kāi)始，用秒表記錄流動(dòng)時(shí)間，每組應(yīng)重復(fù)測(cè)量至少 四次。記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算該石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)粘度。2影響運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果不確定度的因素分析通過(guò)對(duì)測(cè)試過(guò)程屮存在的各種影響石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定結(jié)果不確定性因素的 分析，筆者結(jié)合多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下四條影響測(cè)量結(jié)果的因素。仃)重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度。按照測(cè)量石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度的方法要求，在測(cè) 量過(guò)程中，粘度計(jì)毛細(xì)管是否正確選取，是否豎直安裝;用秒表測(cè)定流動(dòng)時(shí)間時(shí), 存在開(kāi)啟或停止的及吋性，吋間測(cè)量系

4、統(tǒng)也會(huì)存在一定的誤差；由于這些因素的 存在，測(cè)量需要重復(fù)測(cè)定并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，稱(chēng)為重復(fù)性測(cè)量的不確定度。(2) 毛細(xì)管粘度計(jì)的選擇。毛細(xì)管粘度計(jì)是測(cè)量石油產(chǎn)品粘度最重要的實(shí)驗(yàn)儀器, 自然也存在著影響實(shí)驗(yàn)不確定度的眾多因素。(1)所選用的毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)壁 必須清洗干凈，如果測(cè)量時(shí)所用的毛細(xì)管粘度計(jì)沒(méi)有按照規(guī)定進(jìn)行清洗，實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)壁存在雜質(zhì)，測(cè)試試劑流動(dòng)時(shí)就會(huì)受到更大的阻力，導(dǎo)致試劑流動(dòng)速度減 慢，流出時(shí)間増長(zhǎng)，影響粘度系數(shù)。(2)實(shí)驗(yàn)試劑的種類(lèi)和實(shí)驗(yàn)溫度決定該粘 度測(cè)定實(shí)驗(yàn)所選擇毛細(xì)管粘度計(jì)的種類(lèi)。毛細(xì)管粘度計(jì)的選取應(yīng)以試劑在毛細(xì)管 粘度計(jì)內(nèi)流動(dòng)時(shí)間在200500 s之內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)1。在合適的粘度計(jì)中，試

5、樣始終 保持層流的流動(dòng)狀態(tài)。若試樣在毛細(xì)管中流速過(guò)快，流動(dòng)時(shí)間少于200 s,則會(huì) 出現(xiàn)紊流狀態(tài)，不適用泊塞耳方程進(jìn)行計(jì)算。(3)毛細(xì)管粘度計(jì)的裝液量也會(huì) 影響測(cè)量結(jié)果的不確定度。裝液量會(huì)影響液柱的高低，液柱高低只有在一定范圍 內(nèi)才不會(huì)對(duì)流出時(shí)間產(chǎn)生影響。液柱過(guò)高過(guò)低都會(huì)對(duì)流出時(shí)間產(chǎn)生影響。(3) 儀器測(cè)量時(shí)間系統(tǒng)引入的不確定度。目前測(cè)定石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度所采用時(shí)間 的測(cè)量是人工用秒表計(jì)時(shí)，時(shí)間測(cè)定中的誤差也將影響石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定 不確定度。(4) 儀器測(cè)量溫度系統(tǒng)引入的不確定度。溫度測(cè)量作為測(cè)定石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度的 重要組成部分，由丁溫度測(cè)量會(huì)帶來(lái)不可忽視的較多不確定因素。溫度計(jì)校準(zhǔn)會(huì) 帶來(lái)

6、較多的不準(zhǔn)確條件、測(cè)試過(guò)程中溫度的起伏也會(huì)引起較大的波動(dòng)、讀數(shù)的過(guò) 程中也會(huì)產(chǎn)牛較大的誤差、多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的不確定因素，在后期都會(huì)影響 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果的不確定度。3不確定度的具體評(píng)定分析3.1數(shù)學(xué)模型的建立(1) 在溫度1吋，試樣的運(yùn)動(dòng)粘度:vt=c x t式中：vi試樣在溫度i吋的運(yùn)動(dòng)粘度，mm/s; c粘度計(jì)常'數(shù)，mm/s; i試樣的平均流動(dòng)時(shí)間，so(2) 由數(shù)學(xué)模型分析。在68#渦輪機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量的過(guò)程中，測(cè)量過(guò)程中所產(chǎn) 牛的不確定因素主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：(1)反復(fù)測(cè)量所帶來(lái)的不確定的問(wèn) 題。恒溫槽溫場(chǎng)均勻性;試驗(yàn)器具的表面是否干燥以及清潔的問(wèn)題;使用秒表

7、測(cè)定 流動(dòng)時(shí)間時(shí)，實(shí)驗(yàn)員是否及時(shí)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)始與結(jié)束的控制；安裝是否符合規(guī)范標(biāo) 準(zhǔn)、裝液的體積是否規(guī)范、殘差等都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的粘度測(cè)量帶來(lái)較大的誤差和影響, 這些因素可以利用反復(fù)的測(cè)量方式來(lái)減少對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，作為重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn) 不確定度分量；(2)毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)校準(zhǔn)引入的不確定度；(3)恒溫槽控溫的 準(zhǔn)確度引入的不確定度；(4)秒表計(jì)量時(shí)間的誤差引入的不確定度。3.2不確定度分量的定量(1) 測(cè)量重復(fù)性的不確定度。在重復(fù)性測(cè)量條件下，對(duì)同一試樣從取樣開(kāi)始獨(dú)立 重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。采用貝賽爾公式計(jì)算，將結(jié)果代入公式：，求岀運(yùn)動(dòng)粘度平均值為67. 81mm/s,單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s (x

8、i) =0. 09185 mm/so在測(cè)定時(shí)由一次測(cè)定就直 接給出了測(cè)量結(jié)果，所以該測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度就是實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s (xj =0. 09185 mm/s,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ur (v) =0.001355。(2) 毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)校準(zhǔn)引入的不確定度。測(cè)量不同的石油產(chǎn)品需要選取不同 的毛細(xì)管粘度計(jì)，不同毛細(xì)管粘度計(jì)的校準(zhǔn)常'數(shù)不同，參考毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù) 為0. 1855 mm/s,其校準(zhǔn)證書(shū)給出相對(duì)擴(kuò)展不確定度為urel=0. 60%, k二2,可以 確定粘度計(jì)毛細(xì)管常數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為ub1, rel=0. 0030o(3) 恒溫槽控溫的準(zhǔn)確度引入的不確定度。測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度時(shí)

9、所用的溫度計(jì)控溫精 度為土0. 1°c,根據(jù)木實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，68#渦輪機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度變化率為3. 2 (mm/s) /1°c或0.32 (mm/s) /0. 1 °c。假設(shè)測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度溫度波動(dòng)在土 0. tc是均勻分布，取 ，則溫度變化帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:(4) 秒表計(jì)量時(shí)間的誤差引入的不確定度。計(jì)量渦輪機(jī)油在毛細(xì)管粘度計(jì)屮流動(dòng) 時(shí)間所用的一等機(jī)械秒表，其在15 min時(shí)的最大允許誤差為±0. 6s,假設(shè)其在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子取。按照油樣在毛細(xì)管中的平均流動(dòng)時(shí)間365. 6 s計(jì)算，由此引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：3. 3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定仃)相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算。(2)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算。(3) 取包含因子k二2,渦輪機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為:3.4該渦輪機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)量結(jié)果表述為4結(jié)語(yǔ)綜上所述，文中分析了對(duì)石油產(chǎn)甜運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)定中存在各種影響測(cè)定結(jié)果的 不確定性因素，如毛細(xì)管粘度計(jì)的選擇是否得當(dāng)、儀器測(cè)量時(shí)間系統(tǒng)引入的不確 定度、儀器測(cè)量溫度系統(tǒng)引入的不確定度、重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度等眾多影 響因素。文章通過(guò)對(duì)上述不確定性影響因素的分析、定量，致力于改進(jìn)