運用測量系統分析提高在線水分儀測量準確度和精密度

作者：狄曉亞，谷超林來源：《企業科技與發展》日期：2018-08-06人氣：1538

在線水分儀是實時、快速和連續測量生產過程數據的重要測量工具，在線水分儀測量準確度和精密度直接影響煙絲含水率控制質量，因此提高在線水分儀的測量準確度和精密度至關重要。現行水分儀校準方式，主要由在線水分儀檢測數值與烘箱檢測水分值的偏差大小是否超出標準限值為依據。測量系統分析是用于評估測量系統的孩子了，是運用統計方法來分析、研究測量系統中的各個變差源、給出測量系統能否滿足使用要求的明確判斷，測量系統的準確性和精確性為保證在線水分儀測量數據的質量提供了依據。

一、材料與方法：

1.煙絲材料：正常生產的長白山（硬紅）烤煙型配方煙絲。

試驗儀器：TM710e紅外水分儀、YLC-233B1干燥箱

2.原理與方法：

2.1 由于在線紅外水分儀測量物料（煙葉、煙絲、煙梗、梗絲等）的動態性以及不可重復性,因此無法使用常規測量系統的分析方法來進行能力的分析評價。本實驗以烘箱干燥法測的量結果為依據,并參考破壞性的測量系統的穩定性分析方法，計算測量儀器的波動,參考測量系統判斷準則,對在線水分儀的測量能力進行分析、評價。

2.2 在線水分儀的校準通常是以烘箱干燥法測量的含水率作為標準,烘箱法測量值和水分儀顯示值之間的誤差不超過工藝標準要求的最大誤差0.3%作為校準依據。

|M_烘 - M_示|≤△M ⑴

式⑴中：M烘—烘箱法測量值；M示—在線水分儀顯示值；△M—工藝要求的誤差。

由測量系統分析的方法看，水分儀顯示值和烘箱測量值之間的誤差僅能說明水分儀的準確性，即偏倚的大小，而其精確性，《卷煙工藝規范》用水分儀的探測精度來度量

S= ⑵

式⑵中：S—探測精度；Xi—第i次含水率烘箱法測量值；Yi—第i次含水率顯示值；n—檢測次數。高水分物料（含水率≥15%）在線水分儀精度要求≤0.5%；低水分物料（含水率＜15%）在線水分儀精度要求≤0.3%。

探測精度一定程度上反映了水分儀的測量波動，但測量系統是否有能力可靠的反映煙草物料含水率本身的過程波動，并不能夠從探測精度上得到結論。

評價測量系統能力的方法通常有兩種：

⑴ 測量系統波動R&R與總波動之比來進行度量，通常即為P/TV

⑵ 測量系統的R&R與測量對象的質量特性值容差之比來進行度量，通常記為P/T

測量系統能力	準則說明
（P/TV且P/T）≤10%	測量系統能力很好
10%＜（P/TV且P/T）≤30%	測量系統能力處于臨界狀態
（P/TV且P/T）＞30%	測量系統能力不足，必須進行改進

測量系統的波動需要對被測量的樣品進行重復測量，但對在線水分儀來說，受環境和在線水分儀特性等因素的影響，在同一臺在線水分儀下對同一物料（煙葉、煙絲、梗絲等）進行重復性測試是不可能的，但又與一般破壞性試驗的測量系統分析中，可以得到差異小到可以忽略不計同組樣品的情況不同，有利的是，可以參考烘箱干燥法校準在線水分儀的方法，將烘箱干燥法的測量值作為標準值，得到烘箱干燥法測量值和在線水分儀顯示值之間的差值，即可認為是在線水分儀的波動σ_s，也就是測量系統的波動σ_ms，而烘箱干燥法測量的樣品之間的絕對誤差，則能夠反映測量對象的波動σ_P，那么過程輸出的總方差為σ_T。

⑸

由此來估算系統的P/TV和P/T，再根據表1描述的準則，來定量考察水分儀的測量能力充分與否。

二、結果與分析

以長白山（硬紅）烘絲機出口水分儀為例，取樣數值范圍較大，基本涵蓋了烘絲機出口含水率的正常波動，按照水分儀操作規程分別進行取樣，記錄以及烘箱法測量含水率，表2是測量結果。

表2 含水率測試結果（%）

樣品	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
水分儀示值	12.11	13.23	13.56	11.89	13.21	13.56	11.42	11.37	11.22	12.89
烘箱測量值	12.31	13.11	13.32	11.75	13.26	13.44	11.29	11.31	11.12	12.78

1.計算測量系統的偏倚和波動

由于烘箱法測量含水率是標準值，因此可以認為兩組數據的差異是由測量誤差造成的，計算水分儀示值和烘箱法測量值的差，將表2數據進行整理得到表3數據。

表3 含水率測試結果（%）

樣品	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
水分儀示值	12.11	13.23	13.56	11.89	13.21	13.56	11.42	11.37	11.22	12.89
烘箱測量值	12.31	13.11	13.32	11.75	13.26	13.44	11.29	11.31	11.12	12.78
誤差	-0.20	0.12	0.24	0.14	-0.05	0.12	0.13	0.06	0.10	0.11	R_均1=0.127