呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的不确定度评定

呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的不确定度评定

黄玉琦 张毅

上海市浦东新区计量质量检测所

摘要：呼出气体酒精含量检测仪是一种涉及行政执法的需要强制检定的工作计量器具。本文依据新修订的JJG657-2019《呼出气体酒精含量检测仪》，对乙醇气体发生源产生的乙醇气体浓度进行量值溯源及不确定度评定，再对其测量示值误差不确定度评定进行分析，得出了呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的不确定度评定报告。

关键词：呼出气体酒精含量检测仪；乙醇气体发生源；不确定度

0 引言

呼出气体酒精含量检测仪用于检测人体呼出气体中的酒精含量。检测仪的准确与否关系到交警执法过程中的准确度及有效性。根据国际建议、国家标准及国内交警部门的实际应用和国家一级标准物质的溯源情况，国家市场监督管理总局于2019年发布了新修订的呼出气体酒精含量检测仪检定规程，并于2020年3月开始实施。本文依据新修订的检定规程，对乙醇气体发生源产生的乙醇气体浓度进行不确定度评定，再对其测量示值误差不确定度评定进行分析，得出了呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的不确定度评定报告。

1 概述

（1）依据：JJG657-2019 《呼出气体酒精含量检测仪》检定规程。

（2）测量过程：采用直接测量法，利用乙醇气体发生源产生的三种不同浓度的标准气体对仪器的示值进行测量，每个浓度测量10次，取其平均值作为测量值。

2 测量模型

2.1 示值绝对误差计算公式：

Δ

式中：Δ为示值绝对误差； 为酒检仪10次测量示值的平均值； 为通入酒检仪的乙醇 标准气体的浓度值。

灵敏系数 c₁= Δ/ =1 c₂= Δ/ =-1

3 示值误差的方差公式及灵敏系数

3.1 示值误差的方差公式

( )

4 不确定度的来源

呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的不确定度分量有：

4.1仪器测量重复性引入的不确定度分量；

4.2被测仪器的分辨力引入的不确定度分量；

4.3发生源产生的乙醇标准气体浓度值引入的不确定度分量；

1）空气中乙醇国家一级有证气体标准物质引入的不确定度；

2）精密酒检仪引入的不确定度；

3）发生源稳定性引入的不确定度；

5 不确定度的评定

5.1 测量重复性引入的不确定度分量 的评定

测量重复性是由于仪器测量的不重复性造成的，引入的不确定度用A类方法评定。用呼出气体酒精含量检测仪检定装置自动配制标准乙醇气体，对同一台呼出气体酒精含量检测仪连续进行10次测量。配制的标准乙醇气体浓度接近0.10mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：

0.095、0.096、0.095、0.096、0.097、0.097、0.096、0.095、0.094、0.095。

计算平均值： 0.096mg/L

标准偏差： .66 10^-4mg/L

实际检定中测量次数为10次，所以 mg/L。

配制的标准乙醇气体浓度接近0.40mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：

0.389、0.391、0.389、0.396、0.395、0.394、0.395、0.393、0.393、0.395。

计算平均值： 0.393mg/L

标准偏差： 10^-3mg/L

实际检定中测量次数为10次，所以 mg/L。

配制的标准乙醇气体浓度接近0.60mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：

0.587、0.596、0.592、0.596、0.596、0.593、0.591、0.590、0.592、0.592。

计算平均值： 0.593mg/L

标准偏差： 10^-3mg/L

实际检定中测量次数为10次，所以 mg/L。

5.2被测仪器的分辨力引入的不确定度分量的评定

被测仪器的分辨力为0.001，则分辨力引入的不确定度分量为2 mg/L。由于被测仪器的分辨力引入的不确定度小于测量重复性引入的不确定度，故采用测量重复性引入的不确定度作为标准不确定度分量。

5.3 发生源产生的乙醇标准气体浓度值引入的不确定度分量 的评定^[1]

5.3.1空气中乙醇国家一级有证气体标准物质引入的不确定度

根据空气中乙醇国家一级有证气体标准物质证书得到信息： 1%， 2； 0.5% 。

5.3.2 精密酒检仪引入的不确定度

用精密酒检仪对空气中乙醇国家一级有证气体标准物质对连续进行10次测量。空气中乙醇国家一级有证气体标准物质浓度接近0.10mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：0.087，0.087，0.089，0.087，0.088，0.088，0.088，0.088，0.088，0.088。

计算平均值： 0.088mg/L

标准偏差： .0006mg/L

所以 0.22%

用精密酒检仪对空气中乙醇国家一级有证气体标准物质对连续进行10次测量。空气中乙醇国家一级有证气体标准物质浓度接近0.40mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：0.371，0.369，0.372，0.372，0.373，0.373，0.372，0.373，0.369，0.373。

计算平均值： 0.372mg/L

标准偏差： .6 10^-3mg/L

所以 .6 10^-3 0.14%

用精密酒检仪对空气中乙醇国家一级有证气体标准物质对连续进行10次测量。空气中乙醇国家一级有证气体标准物质浓度接近0.60mg/L，10次测量结果（单位：mg/L）分别为：0.566，0.566，0.567，0.565，0.565，0.566，0.569，0.567，0.566，0.565。

计算平均值： 0.566mg/L

标准偏差： .0012mg/L

所以 0.07%

_5.3.3 发生源稳定性引入的不确定度

四川中测标物科技有限公司生产的AGV-I型发生源在8 小时内，用深圳市威尔电器有限公司生产的WAT89EC-9型精密酒检仪每隔2 h进行一组测量，共测量5组。每组测量6次，取6次测量平均值作为该组的测量值。采用极差法计算发生源的稳定性。

测量数据见下表：

表2 发生源稳定性测量数据表

故由试验可得，发生源产生的乙醇气体浓度接近0.10mg/L时， 1.4%；发生源产生的乙醇气体浓度接近0.40mg/L时， 0.8%；发生源产生的乙醇气体浓度接近0.60mg/L时， 0.7%。

5.3.4合成标准不确定度

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.10mg/L时，

1.5%。

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.40mg/L时，

1.0%。

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.60mg/L时，

0.9%。

5.3.5扩展不确定度

U_rel =k× ， k=2

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.10mg/L时，U_rel 2×1.5% 3.0%（k=2）。

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.40mg/L时，U_rel 2×1.0% 2.0%（k=2）。

发生源产生的乙醇气体浓度接近0.60mg/L时，U_rel 2×0.9% 1.8%（k=2）。

5.4 合成标准不确定度的评定

表3 标准不确定度分量一览表

乙醇标准气体浓度为0.10 ( )

乙醇标准气体浓度为0.40 ( )

乙醇标准气体浓度为0.60 ( )

5.5 呼出气体酒精含量检测仪的示值误差的扩展不确定度

根据： ( )

则：取 =2，示值误差的扩展不确定度为：U ( )

取 =2，示值误差的扩展不确定度为：U ( )

取 =2，示值误差的扩展不确定度为：U ( )

5.6 不确定度报告

乙醇标准气体浓度为0.10 ，呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的扩展不确定度：U ，

乙醇标准气体浓度为0.40 ，呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的扩展不确定度：U ，

乙醇标准气体浓度为0.60 ，呼出气体酒精含量检测仪测量示值误差的扩展不确定度：U ，

[1] JJG657-2019《呼出气体酒精含量检测仪》.国家市场监督管理总局

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