一、高精度应用问题的提出
在线分析仪表作为工业生产中物料成分量的连续检测，要求及时、准确反应生产过程物料的质量成分的变花状态，保证仪器对检测量的可靠性和准确度，以便达到低耗、高效、安全、减轻环境污染的目的。现代化的工业生产对分析仪表的要求越来越高‘仪器在生产过程的使用水平是工业现代化的一种标志。
以质量成分为主要对象的控制系统在大型企业中使用十分普遍，控制精度越高，工厂效益越明显。但这种控制系统受到精度较低的分析仪表的制约，这是众所周知的事实。
分析仪表的应用同出厂校验一样，都必须使用标准气样作为计量标准，对仪器进行定期检定和校准。而作为法定配气方法的称量法，配制的标准气精度仅优于1%，这就是说分析仪表的精度同时受到低精度的标准气的制约。
本文试图采用动态分析方法来探讨分析仪表的应用，以克服上述两种制约带来的困难和障碍，对分析仪表的高精度应用作出肯定的，近乎定量的回答。
所谓分析仪表高精度应用需具备两个基本条件，一是要使仪器实际检测的准确度高于仪器本身出厂的精度，二是仪器在运行过程中要能满足工业生产对成份信息高精度控制的要求。
要使分析仪表高精度应用成为可能，必须充分注意分析仪表的特性，全方位地考虑和改进仪器应用条件。
二、分析仪表的精度
各种不同种类的分析仪器，由于它们的原理、结构、工作特性差异很大，工作状态是不一样的。这里我们以国际电工委员会的，IEC-528不分光红外线分析器工作特性”和工业气体分析器试验方法的有关技术标准为例，来认识分析仪表的精度问题。
1.分析仪表的精度
仪器在严格的参比工作条件下(即基准条件)稳定运行并经校准后，通入规定的标准气，反复三次，用下式计算基本误差:
习惯上将基本一议差去掉符号和百分号后，看作仪器的精度等级。
2.分析仪器精度的新概念
长期以来，分析想器的精度定义由于各种仪器特性不同，各制造厂家规定内容的不同，一直未能统一认识，给用户造成误解和混乱，一定程度上阻碍着分析仪表的应用和发展。
(1)以基本误差确定精度
由于法定称量法配制的标准气，精度仅优于1%，技术标准规定标准气组分侬度的相对不确定度应不大子基本误差的1/3。按此要求，目前国产仪器确定的精度最高只能达到二级。此时工序能力指数MCP< 1，尚感工序能力不足。
标准气的常用真值业非真值，存在接近1%的误差，这是提高仪器精度难以超越的障碍。
(2)从仪器稳定性理解精度
仪器稳定性是指在额定工作条件下，输入保持不变，在一定时间连续运行中仪器保持示值不变的能力。仪器稳定性用零点漂移、量程漂移(即终点漂移)表示。稳定运行的仪器通入零气和终点气，连续运行规定的时间周期(如24小时、72小时，7天、30天…)，记录输出信号值，用下两式计算漂移:
以稳定性来理解精度，克服了标准气常用真值存在误差的制约，为提高仪器的应用精度排除了一个认识上的障碍。IEC-528技术标准中业无基本误差概念，国外一些分析仪器精度的含义是针对稳定性，而不是基本误差。
(3)从重复性误差理解精度
重复性是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次重复测量，侧量结果的一致性。一般规定稳定运;抒的仪器反复通入六次规定的标准气，用相对标准偏差表示重复性误差：
技术标准规定重复性误差不大子基本误差的1/2。
仪器的稳定性偏童子时间概念，它不能离升特定的时间间辐，在表达仪器本身的工作特性上有特定的含义和局限、梦以重复性误差理解精度，就可以绕过时间周期概念的制约，更能真正代表仪表本身的技术属性。短周期科研试验等精密检泌就是典型实例。因此有人倡议用重复性误差确定仪器精度。
(4)从应用角度理解精度
分析仪表的应用和发展要赶超世界先进水平，对仪器精度的认识和理解，必须更新。因为基本误差不可能突破2%，否皿也无法理解和接受国外一些分析仪器所使甩的标准气的精度低于仪器精度的事实。
我们认为，一般的仪器应用宜以稳定性理解精度，对于高精度应用，则应以重复性误差理解精度。
三、测量过程各类误差动态分析
仪器基本误差至少有三个主要来源.重复性误差，刻度曲线误差或非线性误差，标准气常用真值误差。对于一台特定仪器使用某瓶特定的标准气来讲，常用真值和真值之间的误差大小是固定的，是系统误差。
基本误差在系统误差校正之后，剩下的就是重复性误差。它反应了仪器对被测气体敏感的离散程度，它是仪器本身最基本的技术特性，属随机误差。它与外界各种因素联系最少，可以采取一定措施降低仪器的“输出波动”指标来减小旅复性误差。如四川化工厂高精度H2/N2控制中，检测N2的气动色谱，将仪器输出气容死体积减小，使检测N2的重复性误差大大减小。
仪器在实际应用时，环境条件变化，应用条件的不稳定性等原因，不可避免给仪器测量带来附加误差。此误差称工作误差。仪器的测惫误差是基本误差和工，作误差的迭加。为仪器长周期稳定运行创造必要的条件可大大减小工作误差。正确校正系统误差之后，测量误差完全可能小于基本误差，从而为高精度应用仪器创造条件。
对于用户来讲，使用的一台或数台仪器是制造厂多年数批千台以上仪器的极小部分，这些仪器的某些随机误差，对于用户的特定仪器将演变成为系统误差。制造厂规定了仪器某些极限误差指标。对用户特定仪器的误差很可能仅为极限误差的几分之一。周密研究和探讨分析仪表的应用技术和运用技巧，使各种存在的误差降至最低，则仪表的高精度应用并不难实现。
四、高精度应用实践的定量分析
1.仪器制造厂的统计数字
四川仪表九厂生产的引进产品Uras3G红外线气体分析器，抽样检查80台，数据统计结果由表一示出。
抽样检查的仪器，重复性误差和漂移误差是随机的，但却不是标准的正态分布，统计结果由图一示出，为偏向型分布。
分析仪器出厂指标是在留有充分余地前提下为用户所作的某种保证。制造厂的仪器内控指标均比出厂指标严格得多。虽然国产仪器的基本误差为2%，但漂移误差和重复性误差实际测试时都远优于此技术指标。例如国产RD-100系列热导式气体分析器为二级表，现场连续考核运行105天，漂移误差仅为0.17%。
2.分析仪表高精度应用实例.
气体成分的控制是化工企业最重要但又最困难的控制对象。H2/N2是合成氨厂生产过程中最重要的一个工艺参数。近几年来化肥行业的许多厂对此控制系统作了大量实践工作，一些厂对H2/N2的控制精度取得了突破性进展，各厂对此问题开展了热烈的讨论。
黑龙征浩良河化肥厂使用SQG-103型简易工业色谱(相当于五级精度)，RD-04氢分析器(2.5级精度)，构成H2/N2在线直接控制，使H2/N2控制精度稳定在±0.1以内。据介绍H2/N2控制实测可达±0.05的水平。说明仪器的实际运行水平大大高出出厂精度指标。使用极差法仅推算出工业色谱的运行水平达到了1%，热导氛分析器提高到0.5%左右。
四川化工总厂使用气动色谱、643M·23型热导式氢分析器(二级精度、量程0-100%)与FOX3工业控制机联用，H2/N2控制偏差达到±0.015这一可查到的国内外文献记载的最好水平。近期又进行了一次随机取样，控制偏差为士吕:忿告尝。用极差法反推算出此时气动色谱和氢表的实际检测的偏差达到了0.26%。
表一、图一的有关统计数据表明，只要缩短标定周期，严格控制仪器操作条件，为仪器运行创造良好环境条件，仪器检测的准确度基本上决定于重复性误差。由此可见，四川化工总厂H2/N2控制中，分析仪表检测的准确度达到0.26%绝非偶然，而有其必然性。这是他们较准确掌握’犷仪器的特性，为仪器运行创造了良好的环境，解决了样品预处理技衣色谱柱技术，整机调试技术，日常精心维护仪器，业和工艺密切配合的结果。
3.判断仪器检测准确度的公式
为摆脱仪器基本误差决定精度给应用带来的制约，业由此给用户造成的迷惑，可引入式(5)测量误差6测与基本误差的关系公式:
K为仪器应用时测量系统的品质因素，这由系统组成和运行状态(硬件)，应用技术和运行技巧(软件)两个因素来决定。K一般在0.6-1.0之间选取。
按此公式将浩良河化肥厂和川化H2/N2控制中分析仪表应用结果，计算在表二中列出：
4.标准气在高精度应用中的地位
虽然我们说仪器的检测准确墩墓本上决定于重复性误差，标准气作为计童标准业不是可有可无的。没有标准气，仪器的基本工作状态就无法建立，信号检测可靠性就无从谈起。对于工业生产过程中在线分析仪表对动态变化的特征组分或全组分进瘫测或直接参与质量成分的控制，在建立和确定仪器工作状态后，标准气的地位和作用就变得相对不那么重要了。由于标准气的常用真值和真值之间蓦存在着误差，误差大小对若台仪器是不确定的。.在这种情况下，误差大小对测量和控制系统业不起决定作用，最为童要的是指定的标准气对每台仪器进行短周期的标定时，标准气成分不允许发生变化，在这种情况下，常用真值和真值之间误差大小则可通过一定的方式进行系统校正。即是说标‘准气不一定盲目追求“高标准”，而只妥求在两次校准的间隙周期内，标准气的组分含量不应发生任何变化。
(四川化工总厂 魏正森)
(四川仪表九厂 金义忠)
