冷滤点测定仪校准方法研究

张 森 郭 波* 周 舰 黄清波 郑 鹏 高 捷 隋 峰 许爱华

(1.山东省计量科学研究院，济南 250014；2.山东金诚石化集团，淄博 256405)

1965年美国埃克森公司首次提出冷滤点概念，随即发布了冷滤点的测试方法[1-3]，从此世界各国都开展了冷滤点的测试[4-7]。我国于1992年修正了英国能源协会IP309-99冷滤点测试标准，制定了SH/T0248-1992《柴油和民用取暖油冷滤点测定法》，在2006年改变了滤网孔目、降温条件等形成了现行的SH/T0248-2006标准[8]。冷滤点是指油品在规定的降温条件下，油品低温结晶到一定程度堵塞滤网时对应的温度，它是检验油品低温使用性能的重要物理指标，经过行车模拟实验证实，冷滤点能精确预测柴油的实际可用的最低温度[9]。在运输、贮存和使用过程中，当环境温度较低时，柴油中的蜡或生物柴油中的长链饱和脂肪酸甲酯结晶析出，使柴油变稠，甚至凝固，这会造成输油管、过滤器和喷油嘴堵塞，从而导致供油中断、柴油机停车等困难[10-12]。因此准确测量油品冷滤点对实际工作有很重要的意义。冷滤点标准物质研制上市近几年来，冷滤点测定仪的检定或校准仍无相应的规程规范，导致该仪器的性能无法评价，量值无法溯源，测量准确性无法保证。为此，笔者探讨一种对冷滤点测定仪的校准方法，并对冷滤点示值误差测定结果的不确定度进行了评定。

1 校准条件

1.1 环境要求

环境温度：10～35℃；相对湿度≤80%；供电电压：220±22V；频率：50±1Hz；周围无强烈震动，无强电、磁场干扰。

1.2 校准设备

冷滤点标准物质：-16.4℃，扩展不确定度为2.0℃(k=2)，中国计量科学研究院；

测温设备：采用分辨力和短期稳定性均优于被校温度槽最高温场指标3倍的测温仪器或设备。

2 校准项目

2.1 示值误差

半自动冷滤点测定仪，首先调节冷浴温度，将标准物质倒入清洁、干燥的试杯中至刻线处。调节空气流速为15 L/h，检查水位压差计应稳定指示压差为200 mm。按照冷滤点试验步骤，当标准物质在60 s时未达到吸量管刻度标记，或在切断压力下，试样不能完全自然流回试杯中，记录本次抽吸开始时的温度为冷滤点。全自动冷滤点测定仪，设置冷浴温度，按仪器说明书要求加入标准物质，进行测量。重复测量3次，记录仪器所测量标准物质的冷滤点值T，3次测量结果的算术平均值与标准物质的标准值之差即为仪器的冷滤点示值误差。按照公示(1)计算：

ΔTe=T-Ts

(1)

式中：ΔTe—仪器冷滤点示值误差，℃；

Ts—标准物质的标准冷滤点值，℃。

2.2 重复性

依据上述示值误差3次测试的结果，最大与最小测量值之差计算为该仪器的重复性。

δr=Tmax-Tmin

(2)

式中：δr—测量重复性，℃；

Tmax—测量的最大冷滤点值，℃；

Tmin—测量的最小冷滤点值，℃。

2.3 冷浴温度误差

按照实验需求设定冷浴温度，当温度达到设定温度，冷浴温度稳定后，以每分钟1次的均匀间隔读取温度示值3次，记录测量温度T，按式(3)计算温度误差：

(3)

式中：ΔT—温度误差，℃；

Ts—测量温度设定值，℃。

3 校准实例

冷滤点测定仪分为全自动型和半自动型，全自动型因为集成化程度高，仪器组成如图1所示，只能使用标准物质测量其冷滤点示值误差和重复性指标，冷浴温度等无法测量。半自动型通过化验人员判断冷滤点，可以测量冷浴温度的控制情况。

图1 全自动冷滤点测定仪仪器组成

按照上述方法对湖南津市市石油化工仪器有限公司生产的JSR0105型冷滤点测定仪进行试验。实验室环境温度23.2℃，相对湿度57%RH。

用正庚烷清洗连接管、试杯、吸量管和温度计，然后用丙酮冲洗，干净空气吹干。调节稳定冷浴温度，将45 mL标准物质倒入清洁、干燥的试杯中至刻线处。按照上述方法重复测量3次，结果如表1所示。

表1 冷滤点测试结果

设定冷浴温度-17.0℃，当冷浴温度稳定后，以每分钟1次的均匀间隔读取温度示值3次，结果如表2所示。

表2 冷浴温度测试结果

4 不确定度评定

4.1 不确定度传播率

由于各分量独立不相关，则有灵敏系数：

4.2 不确定度的来源

测量时影响测量结果的不确定度的因素有很多：有标准物质的不确定度、测量环境条件带来的不确定度、人员操作带来的不确定度、被检计量器具分辨率带来的不确定度等。

根据测得的不同数据，用极差法计算示值重复性引入的不确定度分量。得到如下观察值T：17℃、17℃和18℃，则

式中：Tmax—测量最大冷滤点值，℃；

Tmin—测量最小冷滤点值，℃；

d—级差系数。

4.2.2标准物质引入不确定度分量uTs

校准所用标准物质的证书上可查到标准值的扩展不确定度和包含因子，以冷滤点标准物质GBW13249为例，U=2℃(k=2)，则

uTs=2/2=1℃

4.2.3温度计引入的不确定度分量u3

要求使用分度为1℃的水银温度计，不确定度分量估计服从均匀分布，则其标准不确定度为：

4.3 合成标准不确定度

以上各影响量互相独立，所以示值误差的合成标准不确定度uC为

4.4 扩展不确定度U

U=k·uc

取k=2，则U=2.4℃

5 结语

根据冷滤点测定仪的工作原理和实际测试工作需求，探讨了一种针对冷滤点测定仪的校准方法，能够实现对冷滤点测定仪冷滤点示值误差、重复性和冷浴温度误差的综合评价，并对冷滤点校准结果进行了不确定度评定，能够为此类仪器的计量工作提供借鉴，并确保该仪器测量数据的准确性和溯源性。