霧度計的儀器計量與儀器校準的研究

時間：2018-11-13作者：廣東省世通儀器檢測服務(wù)有限公司瀏覽：98

   霧度計是專門用于測試透明、半透明樣品霧度的儀器，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各個領(lǐng)域。在霧度計校準過程中，有兩個關(guān)鍵性的參數(shù):霧度一透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比，用百分數(shù)表示;透光率一透過試樣的光通量和射到試樣上的光通量之比，用百分數(shù)表示。

    目前，霧度計的儀器校準所依據(jù)的計量技術(shù)規(guī)范是JJF 1303-2011《霧度計校準規(guī)范》，但在使用過程中往往會遇到一些函待解決的實際問題。我們針對JJF 1303中要求的校準過程，并結(jié)合日常工作的應(yīng)用情況，提出3點值得深入探討的問題，以求相關(guān)人員共同研究與探討，從而使霧度測定儀的校準能夠得到較為準確的測量結(jié)果，保證量值傳遞的可靠性。

1、環(huán)境因素直接影響霧度值的測量結(jié)果

    霧度標準片對所處環(huán)境，特別是溫度、相對濕度比較敏感，這是由霧度標準片的材質(zhì)和制造工藝決定的。霧度標準片在研制過程中，采用高分子**材料作為基質(zhì)，均勻摻雜適量無明顯熒光特性的散光劑，經(jīng)過高溫、均勻性試驗等嚴格工藝過程制作而成叫。擦拭或摩擦霧度標準片，*破壞表而分子結(jié)構(gòu)的排列，產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就造成了當霧度標準片表而起霧時不可擦拭的現(xiàn)狀，從而對其進行儀器校準過程中所處的環(huán)境條件有一定的約束。

   JJF 1303中給出的環(huán)境參考溫度為(23±5)℃，相對濕度≦80%，是一對比較寬泛的范圍值，而在實際校準過程中，還有不少因素值得注意。為此，進行了兩項實驗，分別模擬日常霧度值校準的情況，以驗證環(huán)境因素對霧度值測量的影響及其程度。

1. 1高低溫差影響

    當校準人員攜帶霧度標準片至校準現(xiàn)場時，如果室外環(huán)境溫度和濕度相對于校準現(xiàn)場內(nèi)環(huán)境的溫、濕度差別較大，霧度標準片表而易起霧。此時，讀取的霧度和透光率值會偏離正常值，直接導(dǎo)致判定的偏差。

    取一臺測試結(jié)果計算重復(fù)性為0.034%的WUT-S透光率霧度測定儀，以室溫(20±1)℃、相對濕度60%為基準，先測得整套(5片)霧度標準片相應(yīng)霧度實測值H_d，及透射比實測值t，得到**組數(shù)據(jù)，如表1所示。保持室內(nèi)相對濕度60%不變，下而給出高低溫試驗的兩種情況分析。

    情況1:保持環(huán)境濕度不變，將整套霧度標準片靜置于20℃(模擬上海地區(qū)冬天的室外溫度)恒溫恒濕箱中等溫20 min，取出后即在室溫20℃的恒溫試驗室中觀察霧度值的變化，得到*二組數(shù)據(jù)(見表1)。

    情況2:將此套霧度標準片靜置于40℃(模擬上海地區(qū)夏天的室外溫度)恒溫恒濕箱中等溫20min,取出后即在室溫20℃左右的恒溫試驗室中觀察霧度值的變化，得到*三組數(shù)據(jù)(見表1〕。

    值得注意的是，將*二組實驗中測出霧度值為1.61的霧度標準片在20℃左右的實驗室中等溫30 min,測得其霧度值為1.50。

    通過表1數(shù)據(jù)的對比分析，可得知嚴寒或酷暑的天氣，確實對霧度片的校準產(chǎn)生一定影響。為保證測量值的準確可靠，在室內(nèi)外溫差較大的情況下，需將標準霧度片等溫30min及以上方可適宜進行計量校準測試。

1. 2自然天氣影響

    連日陰雨天氣會導(dǎo)致空氣中濕度增大，也可能會引起霧度標準片表而起霧，從而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。下面給出相對濕度試驗的情況分析。

    在保證室內(nèi)溫度基本不變的情況下改變濕度條件，以測算霧度標準片的霧度值在不同濕度環(huán)境條件中是否對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。將實驗室室溫控制在(20±2)℃，利用除濕、加濕設(shè)備改變空氣中濕度并時刻關(guān)注溫濕度的變化。取霧度值為10左右的霧度標準片進行測試，得到表2所示數(shù)據(jù)。

    從表2數(shù)據(jù)分析可知，當溫度保持不變、相對濕度**過70%時，霧度儀測量的準確度將受到較大影響。

    綜合考慮以上情況，測試時對操作環(huán)境的溫度和濕度一定要嚴格把關(guān)。在影響霧度值測量的陰雨天，必須對校準現(xiàn)場進行除濕處理，且校準過程需在通風、干燥的環(huán)境中進行，以保證數(shù)據(jù)的準確與穩(wěn)定。

 

2、霧度標準片示值誤差分析

    在實際校準工作中，有不少客戶會對JJF 1303提出很多疑問。其中，提出較多的問題是相對示值誤差范圍與中國計量科學研究院給出的標準霧度片不確定度是否存在矛盾?，F(xiàn)給出以下分析。

    在JJF 1303中，條款7.3給出霧度示值誤差與重復(fù)性計算，ΔH_d為每片標準霧度片測量的霧度示值誤差即**誤差。目前中國計量科學研究院給出5塊標準霧度片的不確定度均為U(H_d)=0.30;k=2。

    通常，光學儀器的標準器不確定度一般不**過示值誤差，即

                U(H_d)≦ΔH_d                         (1)

否則在判定上其給出的不確定度不能起到約束作用，就沒有意義了。在JJF 1303中僅給出供參考的標準霧度片相對示值誤差δH_d，要求在±5%以內(nèi)。

    將**誤差換算成相對示值誤差的公式為:

               δH_d=ΔH_d/H_ds×**                    (2)

式中，Hds為各霧度片的霧度標準值。

    根據(jù)JJF 1303，應(yīng)符合-5%<δh_{d<+5%。將式(2)代入，可得到< p="">}

               -5%·H_ds<δh_{d,<+5%·hds              (3)}

    如取較小值霧度為1的標準片，即H},, -1，代入式(3)中，計算得到

                -0.05<δh_{d<+0.05 4="" p="">}

    在不確定度U(H_d)為0.30時，由公式(1)可知ΔH_d≧0.3 ,導(dǎo)致與式(4)相互矛盾的結(jié)論。

    同理，對霧度值為5的標準霧度片，其示值誤差為±0.25，此時不確定度也大于示值誤差。詳細說明見表3和表4。

 

 

 

    由此可以設(shè)想:

   (1)是否能對每一塊標準霧度片給出相對應(yīng)的、不同的不確定度。

   (2)是否可以采用相對不確定度來替代現(xiàn)在中國計量科學研究院給出的不確定度。

   (3)是否可以對霧度儀進行分段設(shè)置示值誤差來規(guī)定儀器霧度的參數(shù)。如上海儀電物理光學儀器有限公司生產(chǎn)的霧度儀，其出廠檢驗標準定為霧度H_d≦1.00的示值誤差為±0.10,H_d>1.00的示值誤差為±0.50。當然，也可以把分段指標分得較詳細，如按照JJF 1303規(guī)定使用的霧度值1,5,10,20,30的標準片來進行分段，霧度值為1～10給出其示值誤差，霧度值為11～20再給出相應(yīng)的示值誤差，以此類推。

3霧度計的儀器校準值及間隔的影響

    儀器校準一臺霧度計時，根據(jù)JJF 1303要求，使用霧度值為1,5,10,20,30的5塊霧度標準片進行校準。所選用的霧度值固定不變且間隔范圍較大，會使不合格產(chǎn)品變?yōu)楹细癞a(chǎn)品。一些廠家只針對JJF 1303規(guī)定的5個校準點對霧度計進行電腦數(shù)據(jù)修正，重利益而忽視儀器的準確性。按JJF 1303要求用5塊霧度標準片校準儀器時，必定符合要求才可判定為合格。然而，此臺儀器不一定在其他霧度點上也都能符合JJF 1303要求。若使用霧度值為3,7,15,25等霧度片去測量，所測出的值還會落在JJF 1303要求的誤差區(qū)間內(nèi)嗎?如果答案是否，這將會給產(chǎn)品帶來誤判。

    針對上述情況，選取一組理想的霧度計值和一組不合格的霧度計值用霧度標準片進行測試，并通過線性回歸分析給出霧度測量值和霧度標準值的變化曲線。如圖1所示，直觀地表明霧度儀器生產(chǎn)可能存在的問題。

    針對這一問題，給出以下兩種方案:

   (1)JJF 1303中能否給出霧度值不固定的5塊霧度標準片，用作儀器的校準。即可以選取固定的霧度值間隔和固定的霧度點檢測數(shù)量，但不規(guī)定具體的霧度值。比如，可以使用霧度值為1,5,10,20,30的霧度標準片做校準，也可以使用0.5,3,7,15,25的霧度標準片做校準。只要校準點在測量范圍內(nèi)分散分布即可，使廠家沒有固定參考值來修正霧度點，從而保證儀器的準確性。

 

    (2)增加霧度標準片數(shù)量。優(yōu)點是增加了霧度值檢測的點數(shù)，使儀器的判定能夠較準確;缺點是霧度標準片片數(shù)的增加必定會增加制造成本，同時也增加校準成本，導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本的上升。

4結(jié)語

    以上提出了在對霧度儀的校準過程中所遇到的幾點問題，并給出相應(yīng)的解決方案，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)人士探討與交流，以使霧度儀的量值傳遞較規(guī)范準確，儀器計量校準工作較公平公正。


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