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【摘要】 生物安全柜是微生物实验室的必需品，其不仅能对操作者提供保护措施，还能在进行细菌培养时提供无菌无尘的工作环境。为了保证操作人员在操作生物安全柜过程中不受细菌的侵害，生物安全柜的各项指标需要定期进行校准。本文对生物安全柜的下降气流流速测量结果进行不确定度评定，给出测量结果的不确定度。
【关键词】 生物安全柜;下降气流;重复性;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.012
Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Downflow Velocity of ClassⅡ Biosafety Cabinets
MA Jun
（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）
Abstract： The biosafety cabinet is a necessity of microbiological laboratory. It can not only provide protection measures for operators，but also provide a sterile and dust-free working environment for bacterial culture. In order to protect operators from bacteria，the indicators of biosafety cabinet need to be calibrated regularly. This article evaluated the uncertainty in measurement results of downflow velocity of biosafety cabinet，provided the uncertainty of measurement results.
Key words： biosafety cabinet;downflow;repeatability;uncertainty
测量Ⅱ级生物安全柜的下降气流流速，可以使用标准计量器具进行直接测量，且测量结果受温度、湿度、压力等环境因素的影响可以忽略不计。因此，本文主要分析测量过程中对测量结果影响较大的不确定度分量，并对其进行不确定评定。
1 测量方法
1.1 测量与评定依据
JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。
1.2 环境条件
环境温度：（15～30） ℃;湿度：≤70% RH。
1.3 测量标准
风速仪，测量范围为（0～2） m/s，最大允许误差为±0.015 m/s。
1.4 被测对象
Ⅱ级生物安全柜的下降气流流速，下降气流平均流速应在（0.25～0.40） m/s之间。
1.5 测量过程
按照JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》7.2要求，在生物安全柜的工作区上方高于前窗操作口上沿100 mm的水平面上确定测量点位置，然后多点测量穿过该平面的下降气流流速。测量區域边界与生物安全柜的内壁及前窗操作口的距离为150 mm，设置3排测量点，每排测量7个点，每个测量点测量3次，测量点等距均匀分布。用风速仪探头准确定位在各个测量点进行测量。
2 数学模型
[v=13ni=1nj=13vij] （1）
式中：[v]——平均下降气流流速，m/s;
[vij]——每个测量点单次测量的下降气流流速，m/s;
[n]——测量点的数量。
3 不确定来源分析
根据公式（1）数学模型以及测量方法分析，测量结果的不确定度主要来源于以下三方面：1）测量重复性引入的标准不确定度分量[u1];2）标准计量器具风速仪的分辨力引入的标准不确定度分量[u2];3）标准计量器具风速仪本身引入的标准不确定度分量[u3]。
4 下降气流流速测量结果的不确定度评定
4.1 重复性引入的不确定度分量[u1]
使用风速仪在安全柜的21个测量点进行测量，每个测量点连续测量10次（测量结果见表1），测量值的平均值为0.32 m/s。对测量结果的重复性进行分析。
合并样本标准偏差按照公式（2）计算。
[sp=j=1mk=1n（vkj-vj）2m（n-1）] （2）
式中：m——测量点的数量;
n——每个测量点包含的测量次数;
[vkj]——第j个测量点第k次的测量值，m/s;
[vj]——第j个测量点测量值的算术平均值，m/s。
通过公式（2）计算得到合并样本的标准偏差为：
[sp=0.007] m/s
由于每个测量点实际测量3次，因此得到重复性引入的不确定度分量[u1]为：
[u1=spn=0.0073=0.004] m/s
4.2 风速仪的分辨力引入的不确定度分量[u2]
风速仪的分辨力为0.01 m/s，分散区间的半宽为0.005 m/s，按照均匀分布计算，得到分辨力引入的不确定度分量为：
[u2=0.0053=]0.0029 m/s 根据JJF 1033-2016《计量标准考核规范》可知，当重复性引入的标准不确定度分量大于分辨力引入的标准不确定度分量时，可以不考虑分辨力引入的标准不确定度，所以，分辨力引入的不确定度分量[u2]在标准不确定度合成时可不必列入。
4.3 标准器引入的标准不确定度分量[u3]
风速仪的最大允许误差为±0.015 m/s，按照均匀分布计算，得到：
[u3=0.0153=0.009] m/s
5 标准不确定度分量一览表
标准不确定度分量一览表见表2。
6 合成标准不确定的[uc]
由于标准不确定度分量[u1]、[u3]之间是相互独立的，所以得到合成标准不确定度如下：
[uc=u21+u23]=0.0096 m/s
7 扩展不确定度[U]
取包含因子k=2，则
[U=k×uc=0.02] m/s
8 不确定度的报告
被校准生物安全柜的下降气流流速测量结果为0.32 m/s，测量结果的扩展不确定度为：
[U=0.02] m/s [（k=2）]
9 结语
本文针对生物安全柜的下降气流流速测量结果的不确定度进行了分析评定，给出了下降气流流速的测量结果和测量结果的扩展不确定度，明确了测量结果的不确定度范围，为有效评价生物安全柜的下降气流流速的校准结果提供了方法，为Ⅱ级生物安全柜的安全使用提供了技术支撑。
【参考文献】
[1] 通用计量术语及定义：JJF 1001-2011[S].
[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].
[3] 倪育才.实用测量不确定度[M].北京：中國质检出版社，2016.
[4] Ⅱ级生物安全柜校准规范：JJF 1815-2020[S].
[5] 计量标准考核规范：JJF 1033-2016[S].
【作者简介】
马骏（1981-），女，讲师，硕士，研究方向为电气自动化技术、检测技术的教学和研究。
【关键词】 生物安全柜;下降气流;重复性;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.012
Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Downflow Velocity of ClassⅡ Biosafety Cabinets
MA Jun
（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）
Abstract： The biosafety cabinet is a necessity of microbiological laboratory. It can not only provide protection measures for operators，but also provide a sterile and dust-free working environment for bacterial culture. In order to protect operators from bacteria，the indicators of biosafety cabinet need to be calibrated regularly. This article evaluated the uncertainty in measurement results of downflow velocity of biosafety cabinet，provided the uncertainty of measurement results.
Key words： biosafety cabinet;downflow;repeatability;uncertainty
测量Ⅱ级生物安全柜的下降气流流速，可以使用标准计量器具进行直接测量，且测量结果受温度、湿度、压力等环境因素的影响可以忽略不计。因此，本文主要分析测量过程中对测量结果影响较大的不确定度分量，并对其进行不确定评定。
1 测量方法
1.1 测量与评定依据
JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。
1.2 环境条件
环境温度：（15～30） ℃;湿度：≤70% RH。
1.3 测量标准
风速仪，测量范围为（0～2） m/s，最大允许误差为±0.015 m/s。
1.4 被测对象
Ⅱ级生物安全柜的下降气流流速，下降气流平均流速应在（0.25～0.40） m/s之间。
1.5 测量过程
按照JJF 1815-2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》7.2要求，在生物安全柜的工作区上方高于前窗操作口上沿100 mm的水平面上确定测量点位置，然后多点测量穿过该平面的下降气流流速。测量區域边界与生物安全柜的内壁及前窗操作口的距离为150 mm，设置3排测量点，每排测量7个点，每个测量点测量3次，测量点等距均匀分布。用风速仪探头准确定位在各个测量点进行测量。
2 数学模型
[v=13ni=1nj=13vij] （1）
式中：[v]——平均下降气流流速，m/s;
[vij]——每个测量点单次测量的下降气流流速，m/s;
[n]——测量点的数量。
3 不确定来源分析
根据公式（1）数学模型以及测量方法分析，测量结果的不确定度主要来源于以下三方面：1）测量重复性引入的标准不确定度分量[u1];2）标准计量器具风速仪的分辨力引入的标准不确定度分量[u2];3）标准计量器具风速仪本身引入的标准不确定度分量[u3]。
4 下降气流流速测量结果的不确定度评定
4.1 重复性引入的不确定度分量[u1]
使用风速仪在安全柜的21个测量点进行测量，每个测量点连续测量10次（测量结果见表1），测量值的平均值为0.32 m/s。对测量结果的重复性进行分析。
合并样本标准偏差按照公式（2）计算。
[sp=j=1mk=1n（vkj-vj）2m（n-1）] （2）
式中：m——测量点的数量;
n——每个测量点包含的测量次数;
[vkj]——第j个测量点第k次的测量值，m/s;
[vj]——第j个测量点测量值的算术平均值，m/s。
通过公式（2）计算得到合并样本的标准偏差为：
[sp=0.007] m/s
由于每个测量点实际测量3次，因此得到重复性引入的不确定度分量[u1]为：
[u1=spn=0.0073=0.004] m/s
4.2 风速仪的分辨力引入的不确定度分量[u2]
风速仪的分辨力为0.01 m/s，分散区间的半宽为0.005 m/s，按照均匀分布计算，得到分辨力引入的不确定度分量为：
[u2=0.0053=]0.0029 m/s 根据JJF 1033-2016《计量标准考核规范》可知，当重复性引入的标准不确定度分量大于分辨力引入的标准不确定度分量时，可以不考虑分辨力引入的标准不确定度，所以，分辨力引入的不确定度分量[u2]在标准不确定度合成时可不必列入。
4.3 标准器引入的标准不确定度分量[u3]
风速仪的最大允许误差为±0.015 m/s，按照均匀分布计算，得到：
[u3=0.0153=0.009] m/s
5 标准不确定度分量一览表
标准不确定度分量一览表见表2。
6 合成标准不确定的[uc]
由于标准不确定度分量[u1]、[u3]之间是相互独立的，所以得到合成标准不确定度如下：
[uc=u21+u23]=0.0096 m/s
7 扩展不确定度[U]
取包含因子k=2，则
[U=k×uc=0.02] m/s
8 不确定度的报告
被校准生物安全柜的下降气流流速测量结果为0.32 m/s，测量结果的扩展不确定度为：
[U=0.02] m/s [（k=2）]
9 结语
本文针对生物安全柜的下降气流流速测量结果的不确定度进行了分析评定，给出了下降气流流速的测量结果和测量结果的扩展不确定度，明确了测量结果的不确定度范围，为有效评价生物安全柜的下降气流流速的校准结果提供了方法，为Ⅱ级生物安全柜的安全使用提供了技术支撑。
【参考文献】
[1] 通用计量术语及定义：JJF 1001-2011[S].
[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].
[3] 倪育才.实用测量不确定度[M].北京：中國质检出版社，2016.
[4] Ⅱ级生物安全柜校准规范：JJF 1815-2020[S].
[5] 计量标准考核规范：JJF 1033-2016[S].
【作者简介】
马骏（1981-），女，讲师，硕士，研究方向为电气自动化技术、检测技术的教学和研究。