不确定度来源分析
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。
测量不确定度是与测量结果相关联的参数，它表征合理的赋予被测量值的分散性。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地加以控制。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。
不确定度应用
不确定度的应用为评判实验室的检测能力提供了科学依据，CNAS-CL07:2006《测量不确定度评估和报告通用要求》的5.11条款和JJF1001-1998的9.27条款都明确指出校准或检测处于理想状态时，包含因子k=2时的扩展不确定度就是最佳测量能力。这个最佳测量能力的量值越小，测量能力越强，水平越高。也就是说，可用这些参数来比较实验室间的能力和水平。
但是，实践表明，不确定度评定往往是理解规范容易，而实际评定却很困难。如何在实践中正确评估和报告不确定度，如何正确运用不确定度理论成为亟需解决的技术问题。
本文针对这一现状，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。
试验方案的确定
1.样品性能
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是粘度。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“内摩擦因数”。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方法。
液体涂料的粘度分为原始粘度和施工粘度。原始粘度是指，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，以适应不同施工方法的需要，这时的粘度值通称为施工粘度。涂料的原始粘度因品种而异。若无特殊说明，本文中提到的涂料粘度均指原始粘度。
2.测量原理
测量涂料粘度的方法多种多样，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从粘度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。
3.各种流出杯的适用范围及选择方法
世界各国使用的流量杯粘度计各有不同名称，按流出孔径大小分为不同型号。各种粘度杯的形状大致相同，但结构尺寸略有差别。我国通用涂-1粘度计和涂-4粘度计，同时等效采用ISO流量杯；美国采用的是福特杯；德国采用的是DIN粘度杯。它们都按孔径大小分为不同型号。每种型号的粘度杯都有其最佳的测量范围，我国涂-1粘度计适用于测定流出时间大于20s的涂料，涂-4粘度计适用于测定流出时间在20～150s的涂料，ISO及福特杯则规定为30～90s。若试样的流出时间与粘度计的流出时间范围不相匹配，就会导致所测得的数据准确度低。
4.方法确定
已知本实验中所用的汽车用罩光清漆的流出时间为25～100s，所以根据流量杯的不同特点，试验方法确定为涂-4粘度计法。具体操作依据GB/T 1723-93涂料粘度测定法。
5.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入凹槽。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。按此步骤重复测试6次。
6.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、医用脱脂棉及镊子。
7.主要仪器与设备
涂-4粘度测定装置、分度值为0.2s的秒表和刮刀。
8.试验地点为恒温恒湿实验室
9.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±1）℃时，视为样品预处理结束，可以开始试验。
建立数学模型和不确定度来源
1.数学模型
条件：23s≤t＜150s
式中：t为流出时间，单位为s；
v为运动粘度，单位为mm2/s。
2.不确定度来源（如图所示）
3.讨论
（1）A类不确定度分量
由图可知，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由以下4个方面构成：人员操作带来的误差；人员读数带来的误差；样品的不稳定性以及仪器设备的重复性。
其中，人员操作带来的误差是指：实验过程虽然为重复操作，但不能保证每次操作的绝对一致，这时就产生了操作不一致性带来的误差。比如用刮刀刮平液面时不能保证每次试验的液面水平程度都相同，这就给样本均匀性带来了影响。人员读数误差是指：人员的读数习惯各有不同，这就导致了机械秒表的读数不能保证绝对准确，由此带来了读数误差。仪器设备重复性是指，粘度计在重复操作中杯体内残留少量试样，使样本体积产生微量变化。在重复操作过程中产生的微量振动导致了仪器水平性发生变化等。值得特别注意的是，由于涂料本身具有挥发性，所以样本本身的不稳定性是指试样自身的挥发性导致体积和浓度发生微小变化、样品倾倒过程中产生少量气泡导致样本的真实体积发生微小变化等情况。这些情况都会对最后测量结果产生影响。而这些影响都是由测量重复性引起的，所以其产生的不确定度可以用A类评定方法进行评定。
（2）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，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地判断流束的中断，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u2。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u3。
涂-4杯的内壁粗糙度会对试样流出的时间造成一定程度的影响，而根据标准要求的校正方法，用粘度计修正因数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。
不确定度分量评定
1.测量重复性引起的不确定度u1
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6次独立测量，得到表1所示测量数据。
每次实验开始时，记录一次环境温湿度，具体数值见表2：
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才能得到相对准确的流出时间值。即
式中：k为粘度计修正因数；T为标准流出时间；t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-4粘度杯的k值为0.98，则可以得到表3数据。
所以，取算数平均值为理想真值，得
时间测量的标准偏差
则
2.人眼判断流束中断的误差引入的不确定度
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间。”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u2，
则，由人眼判断流束中断的误差引入的不确定度分量为：
3.秒表的示值误差引起的不确定度u3
由保定市计量测试所提供的编号为1011706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为u3
则，由秒表的示值误差引起的不确定度分量u3为：
标准不确定度的合成
根据公式
可得
扩展不确定度
取则
结论
罩光清漆粘度测量结果表示为：
结语
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u1和人眼判断流束中断引入的不确定度占比例较大，因此，在测定过程中应给予足够的重视。
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，耗费的时间越多，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。
