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塵埃粒子（懸浮粒子）UCL計算

更新時間：2014-01-07   點擊次數：14636次

導讀：塵埃粒子（懸浮粒子）UCL計算upper confidence limit 簡稱：UCL zui大置信度，越大表示統計結果離真實值約近。依據中華人民共和國國家標準GB/T 16292-20109（醫藥工業潔凈室（區）懸浮粒子的測試方法），發布部門：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會實施日期： 2011-02-01 （以下簡稱國標）對醫藥工業潔凈區（假設一個潔凈區是由一個或多個潔凈室組成）空氣中懸浮粒子計數器的測試要求是：一個潔凈室采樣點數應不少于2點，總采樣次數應不少于5次，并且計算該潔凈室的95%置信上限（UCL）。

對于無塵室或獨立的隔間，若是取樣點數小于10 (2到9),就必須進行至信上限分析。塵埃粒子（懸浮粒子）UCL計算計算基本有以下五步： _baqN!N­  
一、計算房間內每一取樣點的平均值，代表該點微粒量測值（A) cGkl=-o

二、計算房間內所有取樣點數據的平均值 vQ+}rHf`[  (M)
三、計算標準差值： h@Ea$1'e,  
    先計算各取樣點平均值與總平值差的平方之和，再除以取樣點數與1的差，得出一個數值后再開平方 就得出SD標準差值了。 #i ?@S$  
四、計算標準誤差： U`FybP2R~  
    用標準差值除以取樣點數開平方值就得出SE標準誤差 =d~]
*[8  
五、計算至信上限值（UCL）： $@x3<

 

 

 

先計算標準誤差與

 

95%UCL值的積，再與房間微粒總平均值相加即得出該房間的至信上限。  

 UCL=√（（A1-M）2+（A2-M） 2 +（An-M） 2/（n-1）*n）*系數+M
  取樣點數            2       3       4      5       6       7      8       9     >9 
   95% UCL Factor     6.31 2.92  2.35  2.13 2.02 1.94 1.90 1.86  n/a   

依據中華人民共和國國家標準GB/T 16292-20109（醫藥工業潔凈室（區）懸浮粒子的測試方法），發布部門：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會實施日期： 2011-02-01 （以下簡稱國標）對醫藥工業潔凈區（假設一個潔凈區是由一個或多個潔凈室組成）空氣中懸浮粒子計數器的測試要求是：一個潔凈室采樣點數應不少于2點，總采樣次數應不少于5次，并且計算該潔凈室的95%置信上限（UCL）。在實際測試過程中，常會遇到室內環境不均勻、采樣點少，致使UCL超標，而增加采樣點UCL又能達到級別要求的情況，故本文對懸浮粒子的計算方法進行了探討。
    塵埃粒子計數器95%UCL計算1．存在的問題
    在測試時，根據實際面積及國標中的要求，對一個潔凈室一般選2至3個采樣點進行測試。因此，就出現了下面所述的問題。
    例：某一要求達到100000級的潔凈室，面積約為15m2
    在離地0.8m的層面上取2個采樣點分別為P1、P2和取3個采樣點分別為P1、P2、P3，在靜態條件下測得結果見表1，并計算UCL。
    表1  某一潔凈室采樣點的測試情況（個/2.83L）及計算結果
測點
*次采樣
第二次采樣
第三次采樣
平均值（個/m3）
UCL值（個/m3）
≥0.5um
≥5um
≥0.5um
≥5um
≥0.5um
≥5um
≥0.5um
≥5um
≥0.5um
≥5um
 
P1
81
4
44
5
125
12
2.94×104
2.47×103
3.31×105
5.03×104
P2
321
44
338
38
291
50
1.12×105
1.55×104
（1.38×105     1.94×104）
P3
181
17
231
12
120
15
6.27×104
5.18×103
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
★注：表中括號內為取3點即P1、P1、P1時的UCL值
    由表1可知，取2個采樣點即P1、P2時，≥5um的懸浮粒子數的UCL超過了級別界限（20000個/ m3），不能達到100000級；而取3個采樣點即P1、P2、P3時，≥5um的懸浮粉塵計的UCL又小于20000個/ m3，該潔凈室即能達到100000級。
上述例子中出現矛盾的結果，在實際測試過程中常會遇到，我們一般是采用選取3個或者更多采樣點，降低t分布系數，從而UCL值達到級別要求。那么這個結果僅是由于取2點時的SE和t分布系數的值大而引起的嗎？
 ★   2．分析
  ◆  2.1對國標中UCL的計算公式的理解
        某個潔凈室總采樣點數n（一般n取2或3），每一采樣點連續采樣j次（一般j取2或3），，利用數理統計的原理，把一個潔凈室空氣中懸浮粒子數A看成一個總體，潔凈室中每一采樣點粒子數看成個體。從這個潔凈室中任取n個點進行測試，稱（A1,A2,……,An）為總體A的一個測試次數為n的樣本。
    2.2 UCL的計算是基于A，Ai同服從正態分布，即潔凈室內任一采樣點（或采樣點的層面上）的粒子數的真值相等。但是，當潔凈室的送風口、回風口所處的位置不對稱或在潔凈室的同一側等情況下（如圖1），P1和P2采樣點的測試條件（如風速、風向等）嚴重不一致時，會出現P1、P2點的粒子數的真值嚴重不相等，即P1、P2點測量均值各自都服從正態分布，而其總體A不服從正態分布，這樣就不能用國標中UCL的計算方法來計算UCL。為此，可用中心極限定理作解釋。
   ◆ 2.3 中心極限定理[1]：設A1、A2、…、An是獨立同分布的隨機變量序列，而且Ai的數學期望E（Ai）、方差D（Ai）存在，且D（Ai）≠0，i=1，2，…，n,記M=（ A1+A2+…+ An）/ n
    對于A1,A2,…, An是獨立服從正態分布，則μ= E（Ai），
    σ2= D（Ai）得
    E（M）=μ， D（M）=σ2/ n
    那么，對于一切實數a 
 這表明，當n→∞時，隨機變量（M-μ）/（σ/ n1/2）近似服從標準正態分布N（0，1），因此M也近似服從正態分布。反之，n值越小（如n是2或3時），M是不服從正態分布的。
 ◆2.4既然總體不服從正態分布，而每個測點分別服從正態分布,則可以以每個采樣點幾次采樣的數值來計算UCL,例題中的計算結果見表2。
    表2  某一潔凈室每個測點的UCL
測點
≥0.5um
≥5um
P1
5.36×104個/ m3
5.07×103個/ m3
P2
1.26×105個/ m3
1.91×104個/ m3
P3
9.58×104個/ m3
6.68×103個/ m3

 

 
    結果顯示，該潔凈室不論取2個或3個采樣點均能達到100000級潔凈級別的要求。                                      
    ★3．討論
塵埃粒子（懸浮粒子）UCL計算是不合理的。   
3.1中心極限定理證明了：一個潔凈室采樣點少（一般取2或3個點），總體均值是不服從正態分布的，這樣仍用國標中UCL=M+（S/n1/2）* tα（n-1）公式計算一個潔凈室的
粒子的UCL值，并依據這些UCL值來判定該潔凈室是否達到相應潔凈級別。  
  3.2 P1、P2點所處的測試條件不相同，P1、P2點的懸浮粒子數的真值不相等，這種測試潔凈室懸浮粒子數的方法在數理統計中稱為單因素重復試驗[1]。P1、P2點的均值是有顯著差異的，但各點又獨立服從正態分布，故可計算每個測點幾次采樣的
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