呼出气体酒精含量探测器测量结果的不确定度评定

白 敏

呼出气体酒精含量探测器测量结果的不确定度评定

白 敏

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山西省计量科学研究院

呼出气体酒精含量探测器是用于检测人体呼出气体中的酒精含量的仪器。对其检测可使用液态有机气体配气装置、酒精呼气模拟器、瓶装空气中酒精有证标准气体三种方法。其中酒精呼气模拟器产生的气体为湿气，接近人体呼出气体模式，测量结果更为可靠。

呼出气体酒精含量探测器是专门为警察设计的一款执法的检测工具，执勤民警可用来对饮酒司机的饮酒多少来进行具体的处理，有效减少重大交通事故的发生。但是实际操作中由于环境、温度等各方面的影响，都会对测试结果造成影响。本文从不确定度的来源来对测量结果的不确定度进行分析和评定。

概述

测量依据和方法

JJG657-2006《呼出气体酒精含量探测器》

GB/T21254《呼出气体酒精含量测试仪》

JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

OIML R 126：2012 （E） Evidential breath analyzers

OIML R 126：1998 （E） Evidential breath analyzers

测试环境条件

环境温度：（25±2） ℃，相对湿度：不大于80％，测量工作环境应无干扰量的因素。

测量所用标准装置

酒精呼气模拟器（3台），溶液温度控制能力〈±0.05 ℃（设定温度为34℃时）。

乙醇纯度标准物质，标准值：99.8％，扩展不确定度0.3％，k=2。

量筒，容量500ml，标尺间隔5ml。

移液器（3支），量程为（100～1000）μL两支，（20～200）μL一支。

温度计（3支），测量范围（33.5～，标尺间隔0.1℃。

被测对象，呼出气体酒精含量探测器一台。

检测方法简述

根据仪器使用说明、OIML R 126：2012、JJG657-2006，分别确定酒精、蒸馏水的容积，配制相应浓度酒精溶液，使呼气式酒精模拟器在溶液温度为34℃条件下，分别产生0.1mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L的酒精标准气体，每个测量点测10次，评定该呼出气体酒精含量探测器在3个测量点的测量误差的不确定度。

测量模型

呼出气体酒精含量测试器测量误差为：

其中：

E：呼出气体酒精含量测试器的误差 mg/L

Y：呼出气体酒精含量测试器读数 mg/L

B：呼气式酒精模拟器产生气体中酒精浓度mg/L

其中Y、B相互独立，根据不确定度传播律，

根据Dubowski公式，

B：呼气中酒精浓度 mg/L

当酒精溶液温度在34℃时，该公式为：

不确定度来源

呼出气体酒精含量测试器Y引入的标准不确定度

呼出气体酒精含量测试器示值重复性Y1引入的标准不确定度

呼出气体酒精含量测试器显示装置分辨力Y2引入的标准不确定度

呼气式酒精模拟器B引入的标准不确定度

温度控制偏差引入的相对标准不确定度分量，参考OIML R 126：1998的附录G，温度控制在±0.1℃时，可不对结果进行修正。经验证，本装置符合此要求，忽略由其引入的不确定度。

标准不确定度分量的分析与评定

呼出气体酒精含量测试器Y引入的标准不确定度

呼出气体酒精含量测试器示值重复性Y1引入的标准不确定度

在重复性条件下，进行10次测量。每一测量点根据测得值计算出10次独立重复测得值的算术平均值再根据贝塞尔公式计算出每点的标准偏差

n：重复测量次数，10次。

计算结果见表1。

表1 被检呼出气体酒精含量测试器10次测得值、平均值、实验标准差及不确定度分量

呼出气体酒精含量测试器显示装置分辨力Y2引入的标准不确定度

呼出气体酒精含量测试器为数字显示测量仪器，在显示结果为BrAC时，显示装置分辨力为0.01mg/L，则其引入的标准不确定度为：

呼气式酒精模拟器B引入的标准不确定度

使用移液器将乙醇纯度标准物质移入呼气式酒精模拟器中，3个移液器依据JJG646-2006《移液器检定规程》检定合格。

乙醇纯度标准物质的质量浓度为99.8％，取其密度为0.790g/mL，则配制500mL酒精溶液时，0.1mg/L、0.3 mg/L、0.5 mg/L浓度所需酒精分别为0.163mL、0.490mL、0.816mL，移液器容量误差分布按均匀分布估计，包含因子

酒精溶液浓度（mg/L）0.1 0.3 0.5酒精体积（mL）0.163 0.490 0.816移液器容量允许相对误差±2％ ±1％ ±1％1.15％ 0.58％ 0.58％

容量为500mL的量出式量筒依据JJG196-2006《常用玻璃量器》检定合格，其容量允差为±5.0mL，容量误差按均匀分布估计，包含因子在容量为500mL时相对标准不确定度为0.58％。

取值为0.790g/mL，忽略其不确定度。

根据标准物质证书，其质量浓度为99.8％， U=0.3％，k=2，则其相对标准不确定度为0.15％。

呼气式酒精模拟器B引入的标准不确定度分量汇总表见表2。

表2 呼气式酒精模拟器B引入的标准不确定度分量汇总表

测量误差扩展不确定度一览表

测量点0.1mg/L 0.3mg/L 0.5mg/L（mg/L）0.00221 0.00221 0.00224（mg/L）0.00289 0.00289 0.00289（mg/L）0.00130 0.00249 0.00415（mg/L）0.0039 0.0044 0.0055 U（k=2）（mg/L）0.0078 0.0088 0.011

测量误差的不确定度与表示

呼出气体酒精含量探测器在0.1mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L这3个测量点示值误差的的扩展不确定度分别为：

U=78×10-4mg/L（0.1mg/L测量点）

U=88×10-4mg/L（0.3mg/L测量点）

U=11×10-3mg/L（0.5mg/L测量点）

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.061