董佳 王舵 劉廣
【摘要】 本文對手持糖量計(jì)和手持折射儀主要參數(shù)的檢定方法,以及示值誤差的不確定度評定過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
【關(guān)鍵詞】 手持糖量計(jì);手持折射儀;示值誤差;不確定度
【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.011
Evaluation of Uncertainty of Indication Error of Hand Saccharimeter (Content-Meter) and Hand Refractometer
DONG Jia,WANG Duo,LIU Guang
(Liaoning Institute of Measurement,Shenyang 110004,China)
Abstract: In this paper,the verification method of the main parameters of the hand saccharimeter (content-meter) and hand refractometer,and the evaluation process of the uncertainty of the indication error are introduced in detail.
Key words: hand saccharimeter;hand refractometer;indication error;uncertainty
手持糖量計(jì)是一種測量水溶液中糖含量的儀器,手持折射儀是一種測量溶液或液體的折射率的儀器。光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生折射現(xiàn)象,且入射角正弦之比為固定值,手持糖量計(jì)及手持折射儀就是依據(jù)這種折射原理設(shè)計(jì)出的儀器。手持糖量計(jì)和手持折射儀一般由折光棱鏡、蓋板、校準(zhǔn)螺栓、光學(xué)系統(tǒng)管路、目鏡和標(biāo)尺組成。
1 手持糖量計(jì)及手持折射儀示值誤差測量條件和方法
1.1 測量條件
1)測量依據(jù):JJG 820—1993《手持糖量(含量)及手持折射儀》檢定規(guī)程;2)環(huán)境條件:室溫10~40 ℃,室內(nèi)應(yīng)避免空氣對流,溫度波動應(yīng)≤1 ℃/h,室內(nèi)應(yīng)有足夠的照度;3)測量設(shè)備:蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);4)被測對象:手持糖量計(jì)和手持折射儀。
1.2 測量方法
測量前需要對手持糖量計(jì)和手持折射儀進(jìn)行清洗。儀器接觸溶液的折射棱鏡和蓋板兩個(gè)表面,在滴入溶液前、后都要清洗干凈。等待手持糖量計(jì)和手持折射儀表面的水分干燥后,用干凈的滴管吸取一定量的蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)滴入儀器的棱鏡表面,蓋上蓋板,等待2~5 min,讀取儀器的棱鏡溫度并盡快讀取和記錄儀器的示值。若測量出的儀器示值誤差超差,可先對儀器進(jìn)行調(diào)零后再重復(fù)上述測量過程。儀器讀取的示值減去蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值為儀器的示值誤差。
2 手持糖量計(jì)示值誤差不確定度評定
2.1 數(shù)學(xué)模型及不確定傳播率
2.1.1 手持糖量計(jì)數(shù)學(xué)模型
[Δx=x-xs]
式中:[Δx]——示值誤差;
[x]——被檢糖量計(jì)示值平均值;
[xs]——標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)值。
2.1.2 不確定度傳播率
[u2(Δx)=?Δx?x2u2(x)+?Δx?xs2u2(xs)]
2.1.3 計(jì)算傳播系數(shù)
[c1=?Δx?x=1],[c2=?Δx?xs=-1]
2.2 手持糖量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源
手持糖量計(jì)示值誤差測量的不確定來源主要為:蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度;重復(fù)測量引入的不確定度;儀器分辨率引入的不確定度;溫度測量引入的不確定度。
2.2.1 蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度
根據(jù)蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知,蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度為U=0.2%,k=2。那么由蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度為:
[u1=0.2%2=0.1%]
2.2.2 重復(fù)測量引入的不確定度
使用標(biāo)準(zhǔn)值為50%的蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對手持糖量計(jì)重復(fù)測量10次,得到10次測量結(jié)果。
則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:
[s=i=1n(xi-x)n-1=0.084%]
實(shí)際對手持糖量計(jì)進(jìn)行檢測時(shí),按照規(guī)程要求需要重復(fù)測量6次,則重復(fù)測量6次對測量結(jié)果示值誤差引入的不確定度為:
[u2=0.084%6=0.034%]
2.2.3 儀器分辨率引入的不確定度
觀察手持糖量計(jì)的標(biāo)尺可知,待測儀器的分度值為0.2%,可得由儀器分辨率引入的示值誤差不確定度為:
[u3=?x23=0.2%23=0.058%]
2.2.4 溫度測量帶來的不確定度
根據(jù)檢定規(guī)程要求,檢測環(huán)境溫度下的儀器示值需要按照規(guī)程附錄表2中的修正值進(jìn)行修正。本次實(shí)驗(yàn)過程中使用的數(shù)字溫度計(jì)的不確定度為[U=0.07 ℃],[k=2]。依據(jù)規(guī)程中附錄2中查表可知,儀器棱鏡溫度變化1 ℃對修正值的最大影響為0.09%,假設(shè)溫度對修正值的影響為均勻分布,[k=3]。則溫度測量引入的不確定度為:
[u4=0.07 ℃3×0.09%1.0 ℃=0.00364%]
2.3 不確定度分量一覽表
2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
重復(fù)測量引入的不確定度和分辨率引入的不確定度取較大者參與合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。各不確定度分量各不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
[uc=u21+u23+u24=0.116%]
2.5 擴(kuò)展不確定度
由上述過程可知,示值誤差擴(kuò)展不確定度為:
[U=kuc=0.3%],[k=2]
則手持糖量計(jì)的示值誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為:
[U=0.3%],[k=2]
3 手持折射儀示值誤差不確定度評定
3.1 數(shù)學(xué)模型及不確定傳播率
3.1.1 手持折射儀數(shù)學(xué)模型為
[Δx=x-xs]
式中:[Δx]——示值誤差;
[x]——被檢折射儀示值平均值;
[xs]——標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)值。
3.1.2 不確定度傳播率為
[u2(Δx)=?Δx?x2u2(x)+?Δx?xs2u2(xs)]
3.1.3 計(jì)算傳播系數(shù)
[c1=?Δx?x=1],[c2=?Δx?xs=-1]
3.2 手持折射儀標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源
手持折射儀示值誤差測量的不確定來源主要為:蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度;重復(fù)測量引入的不確定度;儀器分辨率引入的不確定度;溫度測量引入的不確定度。
3.2.1 蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度
根據(jù)蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知,蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度為U=0.2%,k=2。那么由蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度為[u=0.2%2=0.1%],依據(jù)檢定規(guī)程附錄表1換算成折射率,那么不確定度為:[u1=0.000211]。
3.2.2 重復(fù)測量引入的不確定度
用蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對一臺穩(wěn)定性較好的手持折射儀在50%測量點(diǎn)進(jìn)行10次測量,結(jié)果如下表。
實(shí)際檢測時(shí)測量6次,則重復(fù)測量帶來的不確定度為:
[u2=sn=0.000036]
3.2.3 手持折射儀分辨率引入的不確定度
觀察儀器標(biāo)尺可知,測量的手持折射儀分度值為0.0001,那么由儀器分辨率引入的不確定度為:
[u3=?x23=0.000029]
3.2.4 溫度測量帶來的不確定度
不同溫度的示值誤差需要參照規(guī)程附錄表2中的修正值進(jìn)行修正。本標(biāo)準(zhǔn)裝置中使用的數(shù)字溫度計(jì)的不確定度為U=0.07 ℃,k=2。依據(jù)規(guī)程附錄表2中查表可知溫度變化1 ℃對修正值的最大影響為0.09%,假設(shè)為均勻分布,[k=3]。依據(jù)規(guī)程附錄表1換算成折射率,則
[u4=0.07 ℃3×0.09%1.0 ℃×0.002111%=0.0000077]
3.3 不確定度分量一覽表
3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
重復(fù)測量引入的不確定度和分辨率引入的不確定度取較大者參與合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。各不確定度分量各不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
[uc=u21+u22+u24=0.000215]
3.5 擴(kuò)展不確定度
由上述過程可知,示值誤差擴(kuò)展不確定度為:
[U=kuc=0.000432],[k=2]
則手持折射儀的示值誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為:
[U=0.0005],[k=2]
4 結(jié)語
本文依據(jù)JJG 820—1993《手持糖量(含量)及手持折射儀》檢定規(guī)程,對手持糖量計(jì)和手持折射儀的示值誤差不確定度進(jìn)行了評定,最終給出了手持糖量計(jì)和手持折射儀的示值誤差不確定度。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 測量不確定度評定與表示:JJF 1059—2012[S].
[2] 手持糖量(含量)及手持折射儀:JJG 820—1993[S].
【作者簡介】
董佳,女,1987年出生,工程師,碩士,研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。
王舵,男,1982年出生,工程師,碩士,研究方向?yàn)楣鈱W(xué)、化學(xué)檢驗(yàn)分析。
劉廣,男,1982年出生,高級工程師,學(xué)士,研究方向?yàn)橛?jì)量檢定。