２０１１年第５期 文章编号：１００５—３３８７（２０１１）０５—００２１—２３ 测量不确定度在汽车涂料粘度检测中的应用研究 李（１．长城汽车股份有限公司技术中心，保定摘博 商中伟 ０７１０００；２．河北省汽车工程技术研究中心，保定０７１０００） 要：本文依据ＧＢ／Ｔ１７２３—９３｛涂料粘度测定法》，以大量的实践经验和试验数据为基础，以汽车用罩光清漆为例，论 述了测量不确定度评定在汽车涂料粘度检测领域中的应用方法。评定方法适用于相似试验条件下的汽车用涂料粘度测定的 不确定度评定。 关键词：汽车；涂料；粘度；不确定度 中图分类号：０６２ 文献标识码：Ａ Ｏ 引言 测量不确定度是与测量结果相关联的参数，它 １．２测量原理 测量涂料粘度的流量杯法实质上是毛细管粘度 计的工业化应用。从结构上来说是将毛细管粘度计 计时的起止线之间的容积放大，并把细长的毛细管部 分改为粗短的小孔。由于容积大，流出孔粗短，因此 操作、清洗均较方便，且可以适用于不透明的色漆，故 现在应用比较广泛。流量杯粘度计所测量的粘度为 运动粘度，通常以一定量的试样在一定条件下从粘度 表征合理的赋予被测量之值的分散性。它定量说明 了测量结果的质量，并可找出影响测量结果质量的 主要因素。尤为重要的是，实验室能够据此对这些 影响因素有针对性的加以控制。以达到保证试验结 果质量、提升实验室检测能力的最终目的。 近年来，随着汽车行业的飞速发展，汽车材料的质 量问题也越来越受到大家的重视，为了适应激烈的市 场竞争，我们的产品不仅要做到外观精美，而且质量也 要过硬，这就要求我们有高水准的检测水平，才能最终 实现企业的可持续发展。因此，不确定度的应用，无疑 是汽车材料检测领域中一个重要的技术进步。 为此本文通过实例论述了汽车用涂料粘度检测 的不确定度评定分析思路以及具体的操作步骤。 杯流出的时间来表示，以秒做单位。这种粘度计适用 于低粘度的清漆和色漆，而不适用于测定非牛顿型流 动的涂料如高稠度、高颜料分涂料。液体涂料中溶剂 型清漆和低粘度的色漆属于牛顿型流体。流量杯粘 度计由于流出孔径大、长度短，因而流动的稳定性较 差；再加上流动过程中雷诺指数较大，因此它不能代 替毛细管粘度计用于科学研究方面。 １．３方法确定 １试验方案的确定 １．１样品性能 已知本实验中所用的汽车用罩光清漆的流出时 间大约在２５～１００ｓ，涂一４粘度计适用于测定流出 时间在２０～１５０ｓ的涂料，所以本试验方法确定为涂 ４粘度计法。具体操作依据ＧＢ／Ｔ １７２３—９３涂料 一汽车用涂料的物理状态为流体，流体在外力作用 下流动和变形，而流体具有的抗拒流动的内部阻力的 量度就称为粘度。粘度是汽车涂料的主要物理特性， 是表示其流变特性的一个重要实验项目，也称为内摩 擦系数。检测涂料粘度的方法有很多种，本文选取实 际应用较广泛的比较有代表性的流量杯法为例来论 述测量不确定度在涂料粘度检测中的具体应用。 液体涂料的粘度分为原始粘度和施工粘度，为 了使涂料在容器中长期贮存和运输方便，通常使其 保持较高的粘度值，通称为涂料的原始粘度。在施 工时，需要用稀释剂将涂料调整至较低的粘度，以适 合不同施工方法的需要，这时的粘度值通称为施工 粘度。本文中提到的涂料粘度均指原始粘度。 粘度测定法。 ｉ．４主要材料与试剂 试样：汽车用罩光清漆。规格：１０００ｍＬ。数量： １桶。要求：密封良好。 清洁材料：无水乙醇、医用脱脂棉、镊子 １．５主要仪器与设备 涂一４粘度计、分度值为０．２ｓ的秒表、刮刀 １．６样品的预处理 把密封性良好的试样放置在恒温恒湿实验室内 进行预处理２４ｈ后，将样品搅拌均匀，用温度计测量 样品温度，当样品温度均匀且稳定为（２３ ４－１）℃时， 视为样品预处理结束，可以开始试验。 一２１— １．７步骤 使用水平仪，调节水平螺钉，使粘度计处于水平 位置。在粘度计漏嘴下放置１５０ｍＬ搪瓷杯。用手 指堵住漏嘴，将试样倒满粘度计中，用刮刀将气泡和 多余试样刮人凹槽。迅速移开手指，同时启动秒表， 待试样流束刚中断时立即停止秒表。秒表读数即为 试样的流出时间（ｓ）。按此步骤重复测试６次。 ２建立数学模型和不确定度来源 ２．１ 数学模型 ｔ一６．０ 式中，ｔ为流出时间，２３ｓ≤ｔ＜１５０ｓ； 为运动粘 度，ｍｍ ／ｓ。 ２．２不确定度来源 ２．２．１ Ａ类不确定度分量 根据试验人员的大量实践经验和评定人员对整 个实验过程的观察和分析，测量重复性引起的不确 定度“ 是由以下四个方面构成：１）人员操作带来的 误差。２）人员读数带来的误差。３）样品的不稳定 性。４）仪器设备的重复性。这些情况都会对最后 测量结果产生影响，测量重复性引起的不确定度用 Ａ类评定方法进行评定。 ２．２．１ Ｂ类不确定度分量 涂料的原始粘度随温度升降而变化，因此实验 室必须保证在同一室温条件下进行试验。由于涂料 的这一特性，实验室定时对温度进行了观测记录。 记录显示，实验过程中温度是恒定的记录见表２所 列，所以温度对最终测量结果的影响可以忽略。 标准要求“试样流束刚中断时立即停止秒表。 秒表读数即为试样的流出时间。”根据大量的实践 经验，人眼往往不能非常准确的判断流束的中断，从 人眼做出判断到操作秒表也存在一定的滞后性。这 就产生了由人眼判断流束中断产生的不确定度分量 Ⅱ 。而人眼判断的误差与操作的滞后性带来的误差 与试验人员的操作习惯关联性很大，误差值的大小 因人而异。这就要求我们必须做到以同一试验人员 的操作做为评定和分析的对象。而且在参考经验数 值时也应考虑到这一点。 计时用的秒表也存在一定的示值误差，示值误 差引起的不确定度不能按统计方法获得，应作为Ｂ 类不确定度来评定较为合理，即不确定度分量Ｉｄ， 。 涂一４杯的内壁粗糙度会对试样流的出时间造 成一定程度的影响，而根据标准要求的校正方法，用 粘度计修正系数Ｋ与实际测得时间ｔ的乘积得到标 准流出时间值，粗糙度对流出时间的影响就可以被 修正。所以由粗糙度引起的不确定度可以消除。 一２２一 计算最终结果产生的修约误差，也需以Ｂ类评 定的方式计算不确定度。即不确定度分量 。 ３不确定度分量评定 ３．１ 测量重复性引起的不确定度 在温度为（２３±１）℃，湿度为（５０±５）％ＲＨ的 恒温恒湿实验室中，对同一批次样品进行六次独立 测量，得到如下测量列： 表１ 粘度测量值统计表 测量 １ ２ ３ ４ ５ ６ 次数 ｔ（ｓ） ５３．７ ５３．６ ５３．９ ５３．８ ５４．２ ５４．４ 每次实验开始时，记录一次环境温湿度，具体数 值见下表： 表２ 温度、湿度记录表 记录次数 １ ２ ３ ４ ５ ６ 温度℃ ２３．２ ２３．２ ２３．３ ２３．３ ２３．３ ２３．３ 湿度％ＲＨ ５２ ５１ ５１ ５２ ５２ ５３ 由表２中的温湿度记录值可知，温湿度在试验 期间能够保持恒定。 根据ＧＢ／Ｔ１７２３—９３涂料粘度测定法中条款 ４．６．１．２校正的要求，测得流出时间值需要乘以粘度计 的修正系数Ｋ才能得到相对准确的流出时问值。即 ： ｔ 式中，Ｋ为粘度计修正系数；Ｔ为标准流出时 间；￡为测定的流出时间。 由河北省计量监督检测院出具的编号为ＰＮ１０— ０３９３的检定证书可知，涂一４粘度杯的Ｋ值为０．９８，则 表３ 标准流出时间统计表 测量 １ ２ ３ ４ ５ ６ 平均值 次数 （ｓ） ５２．６２６ ５２．５２８ ５２．８２２ ５２．７２４ ５３．１１６ ５３．３１２ ５２．８ 所以，取算数平均值为理想真值 ＝ ＿２ｌ０．１１０６￣２１０．１ｌｌｍｍ ／ｓ 时间测量的标准偏差 ： ５ ：０．３０１５ｓ ‘ ： ： ：０．１２３１ｓ ６ 则 ＝０．１２３１×４．４８４３＝０．５５２０ｍｍ ／ｓ ３．２人眼判断流束中断的误差引入的不确定度ｕ ＧＢ／Ｔ１７２３—９３（涂料粘度测定法》条款５．５．３ 中要求“堵住漏嘴的手指移开的同时启动秒表，待 试样流束刚中断时立即停止秒表。秒表读数即为试 样流出的时问。”其中，试样流束的中断，完全靠肉 眼观察，根据大量的实践经验，人手控制秒表的时间 比流束中断的时间要相差约±０．２ｓ，估计为均匀分 布。则，由人眼判断流束中断带来的误差引起的试 样流出时间的不确定度为 ＝ ＝ －０． ５ｓ 则，由人眼判断流束中断的误差引入的不确定 度分量“ 为： Ｍ，： ｕ：：４．４８４３×０．１１５５：０．５１７９ｍｍ ／ｓ Ｏ 。 ３．３秒表的示值误差引起的不确定度 ， 由保定市计量测试所提供的编号为１０１ １７０６的 检定证书中提供的信息可知，型号为５０４的秒表在 使用范围内的示值误差为０．０５Ｓ，示值误差符合均 匀分布，则，由秒表示值误差引起的试样流出时间的 不确定度Ｍ 为： ：：０——．０ ２５：０．０１４４ｓ √３ 则，由秒表的示值误差引起的不确定度分量“，为： ３＝ ４．４８４３ ｘ０．０１４４＝０．０６４６ｍｍ ／ｓ ３．４最终结果的修约带来的不确定度Ｍ 已知粘度结果值的修约间隔 为０．００１，则 ４＝ ＝０．００２９×１０一 ｍｍ２／ｓ ４标准不确定度的合成 根据公式 （上接第５４页） 有效性，达到不断持续改进产品质量和体系的目的。 ６ 结语 “持续改进”作为质量管理八项原则之一，始终 贯穿ＩＳＯ／ＩＥＣ１７０２５标准的思想，建立实验室质量管 理体系的目的之一就是通过持续改进体系和产品，不 断满足顾客需求。除上面４个改进机制外，过程方法 Ｐ—Ｄ—Ｃ—Ａ，适应任何过程的改进。实验室管理者 （ｙ）＝∑Ｕ２（ ） ｚ＝ｌ 可得 Ｍ ＝￣／ ＋ ；＋ ；＋ ＝ｏ．７５９７ｍｍ ／ｓ ５扩展不确定度 取包含因子ｋ＝２，则 Ｕ＝ｋｕ ＝２ ｘ０．７５９７＝１．５１９４—１．５１９ｍｍ ／ｓ ６结论 罩光清漆粘度测量结果表示为： （２１０．１１１±１．５１９）ｍｍ ／ｓ ｋ＝２ ７ 结果讨论 通过对涂料粘度测定结果各不确定度分量的分 析发现，测量重复性导致的不确定度分量和人眼判 断流束中断的引入的不确定度占比例较大，因此， 在测定过程中应给与足够的重视。 需要特别注意的是，针对涂料检测，由于涂料本 身具有的挥发性，试验操作过程应做到快速、准确。 尤其是试样倾倒完毕后，一定要迅速盖好盛放试样 的容器。并且，仅在试验开始前对仪器进行一次调 平即可，以最大限度的降低其挥发性。另外，确定测 量次数时，也应考虑到测量次数越多，耗费的时问越 多，试样挥发量也就越大，试验数据越不准确。但测 量次数过少又不能反映测量重复性，所以测量次数 取６次为宜。 参考文献： ［１］ＧＢ／Ｔ １７２３—９３涂料粘度测定法． ［２］ ＪＪＦ１０５９—１９９９测量不确定度评定与表示． ［３］ ＣＮＡＳ—ＧＬ０５：２０１ １测量不确定度要求的实施指南． 和技术人员只有真正认识到标准的改进机制，正确高 效地应用这些改进手段，不断提高实验室的技术水 平、管理水平和服务质量，才能持续改进产品质量和 体系有效性，从而提高绩效，增进顾客满意。 参考文献： ［１］ＩＳＯ９０００：２００５质量管理体系基础术语 ［２］ ＩＳＯ／ＩＥＣ１７０２５：２００５检测和校准实验室能力认可准则 ［３］ＣＮＡＳ—ＲＬ０１实验室认可规则 一２３—
