董佳 宋潔 王琳

【摘要】本文對(duì)贊恩杯黏度計(jì)主要參數(shù)的校準(zhǔn)方法，以及修正系數(shù)的不確定度評(píng)定過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，希望可以為相關(guān)計(jì)量檢定工作提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】贊恩杯黏度計(jì);校準(zhǔn);修正系數(shù);不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.011

Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Zahn Viscosity Cups

DONG Jia，SONG Jie，WANG Lin

（Liaoning Institute of Measurement，Shengyang 110004，China）

Abstract：This paper introduces the calibration method of main parameters of Zane Viscosity Cups and the uncertainty evaluation process of correction coefficient in detail，hoping to provide reference basis for relevant metrological verification.

Key words：Zane Viscosity Cups;calibration;correction factor;uncertainty

贊恩杯黏度計(jì)是一種測(cè)量黏度的儀器，也有音譯為柴氏杯、蔡恩杯。常見(jiàn)的贊恩杯是用不銹鋼材料制成的，在杯子底部中心位置有一小孔，有很長(zhǎng)的柄連接到杯的兩端，其工作原理是液體樣品在自身重力的作用下產(chǎn)生流動(dòng)，以一定量的液體樣品在一定溫度下從贊恩杯中流出的時(shí)間來(lái)描述液體樣品的黏度。

1贊恩杯黏度計(jì)修正系數(shù)測(cè)量條件和方法

1.1校準(zhǔn)條件

1）環(huán)境條件：溫度（20±1）℃，相對(duì)濕度≤85%RH，測(cè)試時(shí)周

圍應(yīng)無(wú)振動(dòng)干擾。

2）校準(zhǔn)設(shè)備和材料：國(guó)家二級(jí)及以上有證黏度標(biāo)準(zhǔn)液;秒表;溫度計(jì);恒溫裝置;清洗溶液等。

3）被校準(zhǔn)對(duì)象：贊恩杯黏度計(jì)。

1.2校準(zhǔn)方法

1.2.1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備

贊恩杯內(nèi)壁表面光滑，不得有柳紋和劃痕;贊恩杯必須有型號(hào)、規(guī)格、編號(hào)等唯一性標(biāo)識(shí)。將贊恩杯清洗干凈，用蘸溶劑的綢布擦拭干凈后干燥備用。按表1選擇兩種不同黏度的標(biāo)準(zhǔn)液放入恒溫裝置，如使用恒溫箱則將標(biāo)準(zhǔn)液和贊恩杯一同放入。恒溫裝置控制在校準(zhǔn)溫度±1℃內(nèi)，持續(xù)20～30 min。

1.2.2測(cè)量重復(fù)性

按照公式（1）計(jì)算同種黏度標(biāo)準(zhǔn)液的兩次流動(dòng)時(shí)間t_i1和t_i2間的重復(fù)性，測(cè)量重復(fù)性應(yīng)不大于2%。

其中，δ_it為第i種標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)量重復(fù)性;t_i1為第i種標(biāo)準(zhǔn)液第一次

1.2.3修正系數(shù)（K）復(fù)現(xiàn)性

根據(jù)表2中所給出的公式計(jì)算兩種標(biāo)準(zhǔn)液的標(biāo)準(zhǔn)流出時(shí)間t_n1和t_n2。按照式（2）計(jì)算K₁和K₂。

按照式（3）計(jì)算修正系數(shù)復(fù)現(xiàn)性，修正系數(shù)復(fù)現(xiàn)性應(yīng)不大于3%。

1.2.4修正系數(shù)

在修正系數(shù)滿(mǎn)足要求后，按照式（4）計(jì)算贊恩杯修正系數(shù)。

其中，K為修正系數(shù);K₁為第1種標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)量的修正系數(shù);K₂為第2種標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)量的修正系數(shù)。

2贊恩杯黏度計(jì)示值誤差不確定度評(píng)定

依據(jù)規(guī)范中的方法采用直接測(cè)量法測(cè)量，贊恩杯放入恒溫的標(biāo)準(zhǔn)液中，將杯體從標(biāo)準(zhǔn)液中垂直提起，用電子秒表測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)黏度液的流出的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算公式得到贊恩杯的修正系數(shù)。下面以5#贊恩杯為例，對(duì)修正系數(shù)的不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1數(shù)學(xué)模型及不確定傳播率

2.1.1修正系數(shù)數(shù)學(xué)模型

其中：k為修正系數(shù);k_n1為第1種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)量時(shí)間，s;t_n2為第2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)量時(shí)間，s;t₁為第1種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)流出時(shí)間，s;t₂為第2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)流出時(shí)間，s;v₁為第1種標(biāo)準(zhǔn)液在校準(zhǔn)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)黏度值，mm²·s^-1;v₂為第2種標(biāo)準(zhǔn)液在校準(zhǔn)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)黏度值，mm²·s^-1。

2.1.2不確定度傳播率

2.1.3靈敏度系數(shù)

2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源

測(cè)量過(guò)程中影響測(cè)量結(jié)果不確定度的因素很多，總的來(lái)說(shuō)分為由黏度液帶來(lái)的不確定度和測(cè)量時(shí)間帶來(lái)的不確定度。由黏度液帶來(lái)的不確定為：標(biāo)準(zhǔn)黏度液帶來(lái)的不確定度，黏度液隨時(shí)間變化帶來(lái)的不確定度，恒溫槽溫度波動(dòng)帶來(lái)的不確定度。測(cè)量時(shí)間帶來(lái)的不確定度為：計(jì)時(shí)器引入的不確定度，重復(fù)測(cè)量引入的不確定度。

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)黏度液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

校準(zhǔn)5#杯使用的是GBW13608和GBW13609號(hào)標(biāo)準(zhǔn)黏

度液，由黏度液的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)可知，標(biāo)準(zhǔn)黏度液的不確定為U_rel=0.33%，k=2，則由標(biāo)準(zhǔn)黏度液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u_rel1（v₁）=u_rel1（v₂）=0.165%（8）

2.2.2標(biāo)準(zhǔn)黏度液隨時(shí)間變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于標(biāo)準(zhǔn)黏度液成分復(fù)雜，即使在恒溫、避光的條件下保存，仍然存在揮發(fā)和氧化等現(xiàn)象。由經(jīng)驗(yàn)可知，標(biāo)準(zhǔn)黏度液隨時(shí)間的變化率約為0.2%/年，此項(xiàng)不確定度可視為均勻分布，則得到標(biāo)準(zhǔn)黏度液隨時(shí)間變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)黏度液隨溫度波動(dòng)變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)溫度在20℃±1℃，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)黏度液的影響為Δη=±3%。依據(jù)規(guī)范要求，恒溫槽的溫度波動(dòng)為±0.1℃。溫度波動(dòng)對(duì)黏度液帶來(lái)的不確定度可視為均勻分布，則得到恒溫槽溫度波動(dòng)帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

依據(jù)規(guī)范要求，5#贊恩杯需要用GBW13608和GBW13609號(hào)標(biāo)準(zhǔn)黏度液重復(fù)測(cè)量2次，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

采用極差法，則可得重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.5計(jì)時(shí)器誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

依據(jù)規(guī)范要求，計(jì)時(shí)器秒表分辨率最大為0.1s。則由計(jì)時(shí)器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總情況見(jiàn)表4。

2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.5擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，修正系數(shù)測(cè)量結(jié)果不確定度為：

U_rel=k×U_rel=2×0.33%=0.7%（25）

2.6測(cè)量不確定度報(bào)告

修正系數(shù)校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

U_rel=0.7%，k=2（26）

3結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)JJF（遼）508—2021《贊恩杯黏度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)贊恩杯黏度計(jì)的修正系數(shù)不確定度進(jìn)行了評(píng)定，最終給出了贊恩杯黏度計(jì)修正系數(shù)的不確定度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF1059.1—2012[S].

[2]贊恩杯黏度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范：JJF（遼）508—2021[S].