運(yùn)用測量系統(tǒng)分析提高在線水分儀測量準(zhǔn)確度和精密度

在線水分儀是實(shí)時(shí)、快速和連續(xù)測量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的重要測量工具，在線水分儀測量準(zhǔn)確度和精密度直接影響煙絲含水率控制質(zhì)量，因此提高在線水分儀的測量準(zhǔn)確度和精密度至關(guān)重要。現(xiàn)行水分儀校準(zhǔn)方式，主要由在線水分儀檢測數(shù)值與烘箱檢測水分值的偏差大小是否超出標(biāo)準(zhǔn)限值為依據(jù)。測量系統(tǒng)分析是用于評(píng)估測量系統(tǒng)的孩子了，是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法來分析、研究測量系統(tǒng)中的各個(gè)變差源、給出測量系統(tǒng)能否滿足使用要求的明確判斷，測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性為保證在線水分儀測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供了依據(jù)。

一、材料與方法：

1.煙絲材料：正常生產(chǎn)的長白山（硬紅）烤煙型配方煙絲。

試驗(yàn)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(dòng)態(tài)性以及不可重復(fù)性,因此無法使用常規(guī)測量系統(tǒng)的分析方法來進(jìn)行能力的分析評(píng)價(jià)。本實(shí)驗(yàn)以烘箱干燥法測的量結(jié)果為依據(jù),并參考破壞性的測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，計(jì)算測量儀器的波動(dòng),參考測量系統(tǒng)判斷準(zhǔn)則,對(duì)在線水分儀的測量能力進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。

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

                 |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(tǒng)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(zhǔn)確性，即偏倚的大小，而其精確性，《卷煙工藝規(guī)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(shù)。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(dòng)，但測量系統(tǒng)是否有能力可靠的反映煙草物料含水率本身的過程波動(dòng)，并不能夠從探測精度上得到結(jié)論。

評(píng)價(jià)測量系統(tǒng)能力的方法通常有兩種：

⑴ 測量系統(tǒng)波動(dòng)R&R與總波動(dòng)之比來進(jìn)行度量，通常即為P/TV

⑵ 測量系統(tǒng)的R&R與測量對(duì)象的質(zhì)量特性值容差之比來進(jìn)行度量，通常記為P/T

測量系統(tǒng)的波動(dòng)需要對(duì)被測量的樣品進(jìn)行重復(fù)測量，但對(duì)在線水分儀來說，受環(huán)境和在線水分儀特性等因素的影響，在同一臺(tái)在線水分儀下對(duì)同一物料（煙葉、煙絲、梗絲等）進(jìn)行重復(fù)性測試是不可能的，但又與一般破壞性試驗(yàn)的測量系統(tǒng)分析中，可以得到差異小到可以忽略不計(jì)同組樣品的情況不同，有利的是，可以參考烘箱干燥法校準(zhǔn)在線水分儀的方法，將烘箱干燥法的測量值作為標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為是在線水分儀的波動(dòng)σ_s，也就是測量系統(tǒng)的波動(dòng)σ_ms，而烘箱干燥法測量的樣品之間的絕對(duì)誤差，則能夠反映測量對(duì)象的波動(dòng)σ_P，那么過程輸出的總方差為σ_T。

                        ⑸

由此來估算系統(tǒng)的P/TV和P/T，再根據(jù)表1描述的準(zhǔn)則，來定量考察水分儀的測量能力充分與否。

二、結(jié)果與分析

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

表2  含水率測試結(jié)果（%）

1.計(jì)算測量系統(tǒng)的偏倚和波動(dòng)

由于烘箱法測量含水率是標(biāo)準(zhǔn)值，因此可以認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)的差異是由測量誤差造成的，計(jì)算水分儀示值和烘箱法測量值的差，將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到表3數(shù)據(jù)。

表3  含水率測試結(jié)果（%）

用式⑹估算σ_s

式⑹中d₂可查控制圖系數(shù)表得到，n=2，查表d₂=1.128；因此可以得到

2.計(jì)算測量對(duì)象的波動(dòng)σ_P

以烘箱法測量值為真值，其波動(dòng)即能夠反映了過程的波動(dòng)，計(jì)算烘箱測量含水率的移動(dòng)極差，把表2數(shù)據(jù)整理成表4。

表4  單值—移動(dòng)極差（%）

用式⑺估算σ_P

                           ⑺

式⑺中R_均2是移動(dòng)極差的均值，同樣可查控制圖系數(shù)表得到d₂=1.128

用式5計(jì)算可得到

然后計(jì)算：

10%＜P/TV=12.7%≤30%，根據(jù)測量系統(tǒng)能力判斷準(zhǔn)則,可以認(rèn)為此在線水分儀測量能力基本可以接受。

三、結(jié)論

在線紅外水分儀受環(huán)境及其自身測量特性的影響，無法對(duì)抽取樣品進(jìn)行重復(fù)性測量。只能以烘箱干燥法測量含水率為基準(zhǔn)，運(yùn)用測量系統(tǒng)分析的方法計(jì)算在線水分儀波動(dòng)，根據(jù)測量系統(tǒng)能力判斷準(zhǔn)則來判斷在線紅外水分儀的測量能力，來保證測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性，比傳統(tǒng)的測量誤差的方法，更具有全面性、合理性。

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