林艷 周曉峰 胡子峰 徐子凱
摘要: 針對(duì)霧度計(jì)校準(zhǔn)和JJF 1303-2011《霧度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》使用過程中遇到的一些實(shí)際問題進(jìn)行闡述。主要集中探討環(huán)境因素對(duì)霧度計(jì)測量結(jié)果的影響、霧度標(biāo)準(zhǔn)片的示值誤差、霧度儀生產(chǎn)過程中的漏洞3個(gè)方面,并給出了改進(jìn)的建議,供行業(yè)內(nèi)相關(guān)人員參考。
關(guān)鍵詞: 霧度計(jì); 校準(zhǔn); 準(zhǔn)確性
中圖分類號(hào): TH 744文獻(xiàn)標(biāo)志碼: Adoi: 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.05.008
引言
霧度計(jì)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(gè)領(lǐng)域。在霧度計(jì)校準(zhǔn)過程中,有兩個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù):霧度—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?jǐn)?shù)表示;透光率—透過試樣的光通量和射到試樣上的光通量之比,用百分?jǐn)?shù)表示[1]。
目前,霧度計(jì)校準(zhǔn)所依據(jù)的計(jì)量技術(shù)規(guī)范是JJF 1303-2011《霧度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》[2],但在使用過程中往往會(huì)遇到一些亟待解決的實(shí)際問題。本文針對(duì)JJF 1303中要求的校準(zhǔn)過程,并結(jié)合日常工作的應(yīng)用情況,提出3點(diǎn)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(zhǔn)能夠得到更為準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)片對(duì)所處環(huán)境,特別是溫度、相對(duì)濕度比較敏感,這是由霧度標(biāo)準(zhǔn)片的材質(zhì)和制造工藝決定的。霧度標(biāo)準(zhǔn)片在研制過程中,采用高分子有機(jī)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(yàn)等嚴(yán)格工藝過程制作而成[3]。擦拭或摩擦霧度標(biāo)準(zhǔn)片,容易破壞表面分子結(jié)構(gòu)的排列,產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就造成了當(dāng)霧度標(biāo)準(zhǔn)片表面起霧時(shí)不可擦拭的現(xiàn)狀,從而對(duì)其校準(zhǔn)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(duì)濕度≤80%[2],是一對(duì)比較寬泛的范圍值,而在實(shí)際校準(zhǔn)過程中,還有不少因素值得注意。為此,進(jìn)行了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn),分別模擬日常霧度值校準(zhǔn)的情況,以驗(yàn)證環(huán)境因素對(duì)霧度值測量的影響及其程度。
1.1高低溫差影響
當(dāng)校準(zhǔn)人員攜帶霧度標(biāo)準(zhǔn)片至校準(zhǔn)現(xiàn)場時(shí),如果室外環(huán)境溫度和濕度相對(duì)于校準(zhǔn)現(xiàn)場內(nèi)環(huán)境的溫、濕度差別較大,霧度標(biāo)準(zhǔn)片表面易起霧。此時(shí),讀取的霧度和透光率值會(huì)偏離正常值,直接導(dǎo)致判定的偏差。取一臺(tái)測試結(jié)果計(jì)算重復(fù)性為0.034%的WGT-S透光率霧度測定儀,以室溫(20±1)℃、相對(duì)濕度60%為基準(zhǔn),先測得整套(5片)霧度標(biāo)準(zhǔn)片相應(yīng)霧度實(shí)測值Hd 及透射比實(shí)測值t,得到第一組數(shù)據(jù),如表1所示。保持室內(nèi)相對(duì)濕度60%不變,下面給出高低溫試驗(yàn)的兩種情況分析。
值得注意的是,將第二組實(shí)驗(yàn)中測出霧度值為1.61的霧度標(biāo)準(zhǔn)片在20 ℃左右的實(shí)驗(yàn)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(duì)比分析,可得知嚴(yán)寒或酷暑的天氣,確實(shí)對(duì)霧度片的校準(zhǔn)產(chǎn)生一定影響。為保證測量值的準(zhǔn)確可靠,在室內(nèi)外溫差較大的情況下,需將標(biāo)準(zhǔn)霧度片等溫30 min及以上方可適宜進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)測試。
1.2自然天氣影響
連日陰雨天氣會(huì)導(dǎo)致空氣中濕度增大,也可能會(huì)引起霧度標(biāo)準(zhǔn)片表面起霧,從而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。下面給出相對(duì)濕度試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)片的霧度值在不同濕度環(huán)境條件中是否對(duì)檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。將實(shí)驗(yàn)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(shí)刻關(guān)注溫濕度的變化。取霧度值為10左右的霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試,得到表2所示數(shù)據(jù)。
2霧度標(biāo)準(zhǔn)片示值誤差分析
在實(shí)際校準(zhǔn)工作中,有不少客戶會(huì)對(duì)JJF 1303提出很多疑問。其中,提出最多的問題是相對(duì)示值誤差范圍與中國計(jì)量科學(xué)研究院給出的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算,ΔHd為每片標(biāo)準(zhǔn)霧度片測量的霧度示值誤差即絕對(duì)誤差。目前中國計(jì)量科學(xué)研究院給出5塊標(biāo)準(zhǔn)霧度片的不確定度均為U(Hd)=0.30;k=2[5]。通常,光學(xué)儀器的標(biāo)準(zhǔn)器不確定度一般不超過示值誤差,即U(Hd)≤ΔHd(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(biāo)準(zhǔn)霧度片相對(duì)示值誤差δHd要求在±5%以內(nèi)[2]。將絕對(duì)誤差換算成相對(duì)示值誤差的公式為:δHd=ΔHd/Hds×100%(2)式中,Hds為各霧度片的霧度標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)JJF 1303,應(yīng)符合-5%<δHd <+5%。將式(2)代入,可得到-5%·Hds <ΔHd <+5%·Hds(3)如取最小值霧度為1的標(biāo)準(zhǔn)片,即Hds=1,代入式(3)中,計(jì)算得到-0.05<ΔHd <+0.05(4)在不確定度U(Hd)為0.30時(shí),由公式(1)可知,ΔHd≥0.3,導(dǎo)致與式(4)相互矛盾的結(jié)論。同理,對(duì)霧度值為5的標(biāo)準(zhǔn)霧度片,其示值誤差為±0.25,此時(shí)不確定度也大于示值誤差。詳細(xì)說明見表3和表4。
不確定度是否有意義130.0≤5無意義56.0≤5無意義103.0≤5有意義201.5≤5有意義301.0≤5有意義
由此可以設(shè)想:(1)是否能對(duì)每一塊標(biāo)準(zhǔn)霧度片給出相對(duì)應(yīng)的、不同的不確定度。(2)是否可以采用相對(duì)不確定度來替代現(xiàn)在中國計(jì)量科學(xué)研究院給出的不確定度。(3)是否可以對(duì)霧度儀進(jìn)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(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的霧度儀,其出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)定為霧度Hd≤1.00的示值誤差為±0.10,Hd>1.00的示值誤差為±0.50。當(dāng)然,也可以把分段指標(biāo)分得更詳細(xì),如按照J(rèn)JF 1303規(guī)定使用的霧度值1、5、10、20、30的標(biāo)準(zhǔn)片來進(jìn)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(jì)校準(zhǔn)值及間隔的影響
日常校準(zhǔn)一臺(tái)霧度計(jì)時(shí),根據(jù)JJF 1303要求,使用霧度值為1、5、10、20、30的5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行校準(zhǔn)。所選用的霧度值固定不變且間隔范圍較大,會(huì)使不合格產(chǎn)品變?yōu)楹细癞a(chǎn)品。一些廠家只針對(duì)JJF 1303規(guī)定的5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)霧度計(jì)進(jìn)行電腦數(shù)據(jù)修正,重利益而忽視儀器的準(zhǔn)確性。按JJF 1303要求用5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片校準(zhǔn)儀器時(shí),必定符合要求才可判定為合格。然而,此臺(tái)儀器不一定在其他霧度點(diǎn)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(huì)落在JJF 1303要求的誤差區(qū)間內(nèi)嗎?如果答案是否,這將會(huì)給產(chǎn)品帶來誤判。
針對(duì)上述情況,選取一組理想的霧度計(jì)值和一組不合格的霧度計(jì)值用霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試,并通過線性回歸分析給出霧度測量值和霧度標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)片,用作儀器的校準(zhǔn)。即可以選取固定的霧度值間隔和固定的霧度點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn),也可以使用0.5、3、7、15、25的霧度標(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn)。只要校準(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn),從而保證儀器的準(zhǔn)確性。(2)增加霧度標(biāo)準(zhǔn)片數(shù)量。優(yōu)點(diǎn)是增加了霧度值檢測的點(diǎn)數(shù),使儀器的判定能夠更準(zhǔn)確;缺點(diǎn)是霧度標(biāo)準(zhǔn)片片數(shù)的增加必定會(huì)增加制造成本,同時(shí)也增加校準(zhǔn)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(duì)霧度儀的校準(zhǔn)過程中所遇到的幾點(diǎn)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更規(guī)范準(zhǔn)確,計(jì)量校準(zhǔn)工作更公平公正。
參考文獻(xiàn):
[1]國家標(biāo)準(zhǔn)總局.GB 2410-80透明塑料透光率和霧度試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981.
[2]全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1303-2011霧度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2011.
[3]吳厚平,王煜,李大欣,等.霧度標(biāo)準(zhǔn)片的研制[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2009,30(6A):131-133.
[4]朱峻青.透射式霧度計(jì)的校準(zhǔn)[J].計(jì)量與測試技術(shù),2007,34(7):40.
[5]全國法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1059.1-2012測量不確定度評(píng)定與表示[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2012.第36卷第5期2014年10月光學(xué)儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36, No.5October, 2014
日常校準(zhǔn)一臺(tái)霧度計(jì)時(shí),根據(jù)JJF 1303要求,使用霧度值為1、5、10、20、30的5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行校準(zhǔn)。所選用的霧度值固定不變且間隔范圍較大,會(huì)使不合格產(chǎn)品變?yōu)楹细癞a(chǎn)品。一些廠家只針對(duì)JJF 1303規(guī)定的5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)霧度計(jì)進(jìn)行電腦數(shù)據(jù)修正,重利益而忽視儀器的準(zhǔn)確性。按JJF 1303要求用5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片校準(zhǔn)儀器時(shí),必定符合要求才可判定為合格。然而,此臺(tái)儀器不一定在其他霧度點(diǎn)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(huì)落在JJF 1303要求的誤差區(qū)間內(nèi)嗎?如果答案是否,這將會(huì)給產(chǎn)品帶來誤判。
針對(duì)上述情況,選取一組理想的霧度計(jì)值和一組不合格的霧度計(jì)值用霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試,并通過線性回歸分析給出霧度測量值和霧度標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)片,用作儀器的校準(zhǔn)。即可以選取固定的霧度值間隔和固定的霧度點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn),也可以使用0.5、3、7、15、25的霧度標(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn)。只要校準(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn),從而保證儀器的準(zhǔn)確性。(2)增加霧度標(biāo)準(zhǔn)片數(shù)量。優(yōu)點(diǎn)是增加了霧度值檢測的點(diǎn)數(shù),使儀器的判定能夠更準(zhǔn)確;缺點(diǎn)是霧度標(biāo)準(zhǔn)片片數(shù)的增加必定會(huì)增加制造成本,同時(shí)也增加校準(zhǔn)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(duì)霧度儀的校準(zhǔn)過程中所遇到的幾點(diǎn)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更規(guī)范準(zhǔn)確,計(jì)量校準(zhǔn)工作更公平公正。
參考文獻(xiàn):
[1]國家標(biāo)準(zhǔn)總局.GB 2410-80透明塑料透光率和霧度試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981.
[2]全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1303-2011霧度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2011.
[3]吳厚平,王煜,李大欣,等.霧度標(biāo)準(zhǔn)片的研制[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2009,30(6A):131-133.
[4]朱峻青.透射式霧度計(jì)的校準(zhǔn)[J].計(jì)量與測試技術(shù),2007,34(7):40.
[5]全國法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1059.1-2012測量不確定度評(píng)定與表示[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2012.第36卷第5期2014年10月光學(xué)儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36, No.5October, 2014
日常校準(zhǔn)一臺(tái)霧度計(jì)時(shí),根據(jù)JJF 1303要求,使用霧度值為1、5、10、20、30的5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行校準(zhǔn)。所選用的霧度值固定不變且間隔范圍較大,會(huì)使不合格產(chǎn)品變?yōu)楹细癞a(chǎn)品。一些廠家只針對(duì)JJF 1303規(guī)定的5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)霧度計(jì)進(jìn)行電腦數(shù)據(jù)修正,重利益而忽視儀器的準(zhǔn)確性。按JJF 1303要求用5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片校準(zhǔn)儀器時(shí),必定符合要求才可判定為合格。然而,此臺(tái)儀器不一定在其他霧度點(diǎn)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(huì)落在JJF 1303要求的誤差區(qū)間內(nèi)嗎?如果答案是否,這將會(huì)給產(chǎn)品帶來誤判。
針對(duì)上述情況,選取一組理想的霧度計(jì)值和一組不合格的霧度計(jì)值用霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試,并通過線性回歸分析給出霧度測量值和霧度標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)片,用作儀器的校準(zhǔn)。即可以選取固定的霧度值間隔和固定的霧度點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn),也可以使用0.5、3、7、15、25的霧度標(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn)。只要校準(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn),從而保證儀器的準(zhǔn)確性。(2)增加霧度標(biāo)準(zhǔn)片數(shù)量。優(yōu)點(diǎn)是增加了霧度值檢測的點(diǎn)數(shù),使儀器的判定能夠更準(zhǔn)確;缺點(diǎn)是霧度標(biāo)準(zhǔn)片片數(shù)的增加必定會(huì)增加制造成本,同時(shí)也增加校準(zhǔn)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(duì)霧度儀的校準(zhǔn)過程中所遇到的幾點(diǎn)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更規(guī)范準(zhǔn)確,計(jì)量校準(zhǔn)工作更公平公正。
參考文獻(xiàn):
[1]國家標(biāo)準(zhǔn)總局.GB 2410-80透明塑料透光率和霧度試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981.
[2]全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1303-2011霧度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2011.
[3]吳厚平,王煜,李大欣,等.霧度標(biāo)準(zhǔn)片的研制[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2009,30(6A):131-133.
[4]朱峻青.透射式霧度計(jì)的校準(zhǔn)[J].計(jì)量與測試技術(shù),2007,34(7):40.
[5]全國法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1059.1-2012測量不確定度評(píng)定與表示[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2012.第36卷第5期2014年10月光學(xué)儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36, No.5October, 2014