磁力加熱攪拌器轉(zhuǎn)速測量標(biāo)準(zhǔn)方法研究

孫欽密 李海濱

摘 要：為了控制好特殊液體介質(zhì)的加熱混勻攪拌，現(xiàn)已通過對磁力加熱攪拌器攪拌子的工作方式進(jìn)行分析，對比兩種不同 方式轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確度的測試，試圖找出影響轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的不確定度因素，并將其進(jìn)行適度量化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對攪拌子直接測量 的不確定度因素影響較小，是轉(zhuǎn)速參數(shù)的較佳測量方法，適于日常的量值溯源，從而為計量及日常使用提供標(biāo)準(zhǔn)參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速，校準(zhǔn)，測量，不確定度，參考

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.06.027

0 引 言

磁力加熱攪拌器是通過電磁效應(yīng)驅(qū)動攪拌子 進(jìn)行攪拌勻和，在電磁熱效應(yīng)下對介質(zhì)進(jìn)行制熱的 設(shè)備，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化學(xué)、食品、生物等領(lǐng)域。 它可以實(shí)現(xiàn)對特殊介質(zhì)如酸類、強(qiáng)堿類、粘稠類液 體不易攪拌均勻，有溫度要求的特殊液體介質(zhì)的加 熱攪拌等，尤其是制藥行業(yè)等，可以方便快捷地實(shí) 現(xiàn)快速均勻攪拌。

磁力加熱攪拌器的主要技術(shù)指標(biāo)有轉(zhuǎn)速和溫 度兩個參數(shù)，轉(zhuǎn)速的大小是實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)被攪拌溶液 能否實(shí)現(xiàn)快速攪勻并獲得滿意混合溶液的關(guān)鍵。而 攪拌器的轉(zhuǎn)速是直接通過控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的快慢，將 轉(zhuǎn)軸上的磁鐵一并帶動旋轉(zhuǎn)，此時放在容器內(nèi)的攪 拌子在電機(jī)轉(zhuǎn)軸磁鐵感應(yīng)下開始旋轉(zhuǎn)，帶動溶液旋 轉(zhuǎn)攪拌，并逐漸達(dá)到同步旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溶液的實(shí) 時攪拌。

目前常用的光電式轉(zhuǎn)速表[1]、轉(zhuǎn)速測量儀[2]一般以發(fā)射并接收反光脈沖的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量，就 是在被測旋轉(zhuǎn)部件上貼上反光條，根據(jù)測速傳感器 接收的反射光脈沖信號計算一定時間段內(nèi)的脈沖數(shù) 量，得到轉(zhuǎn)速數(shù)值，這種非接觸式的轉(zhuǎn)速測量儀可 以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)。但對于磁力加熱攪拌器來 說，由于攪拌子通常是白色，即使貼上反光條也可能 由于通體白色而不能正常反射光波。同時，由于攪拌 溶液的折射、散射等作用，測速傳感器接收的反光脈 沖會受到干擾而無法正常進(jìn)行測量，因此需要通過 其它方式解決轉(zhuǎn)速的測量問題。目前在地方標(biāo)準(zhǔn)JJF （豫）348—2023磁力加熱攪拌器校準(zhǔn)規(guī)范[3]里有對 其校準(zhǔn)的示例，但是整個標(biāo)準(zhǔn)對轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)的影響因 素沒有進(jìn)行深入的演示和分析，需要對其進(jìn)行詳細(xì) 的量化分析和說明，給應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的用戶提供參考。

通常的做法有兩種方案，一種方案是直接在電 機(jī)轉(zhuǎn)軸或旋轉(zhuǎn)磁鐵上粘貼反光條，通過測量電機(jī)轉(zhuǎn) 軸或磁鐵的轉(zhuǎn)速來反饋攪拌子的轉(zhuǎn)速，由于攪拌子 的轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)軸同步，因此這種方法可以反映攪 拌子的轉(zhuǎn)速，這通過實(shí)驗驗證是可行的，但是反光 條的粘貼由于電機(jī)轉(zhuǎn)軸安裝在內(nèi)部而不方便操作， 需要拆除容器的托盤，同時由于攪拌子的同步滯后 于電機(jī)轉(zhuǎn)軸或磁鐵的轉(zhuǎn)速，因此需要在經(jīng)過一段時 間的攪拌并同步時才能開始轉(zhuǎn)速測量，否則會造成 錯誤的測量結(jié)果。

另一種方案是在沒有溶液或者溶液高度僅僅與 攪拌子高度平齊的時候，將攪拌子涂黑一半或全部 涂黑并粘貼反光條，然后啟動磁力加熱攪拌器，等攪 拌子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將測速傳感器光電探頭對準(zhǔn)反光 條，在同一測量點(diǎn)連續(xù)讀取并記錄被校磁力加熱攪 拌器的10個顯示值，取其平均值，得到轉(zhuǎn)速的測量 值，這種方法通過驗證也是可行的，但是如果在沒有 溶液的情況下進(jìn)行攪拌子的旋轉(zhuǎn)測量往往會使得攪 拌子與托盤產(chǎn)生摩擦，對托盤及攪拌子的使用產(chǎn)生 影響；同時，如果磁力加熱攪拌器在無溶液狀態(tài)下使 用加熱功能的話，可能會引起托盤或容器過熱損壞， 因此需要謹(jǐn)慎使用，盡量在轉(zhuǎn)速測量時不啟用加熱功 能或者只在少量溶液下進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量。下面通過第 二種方式的不確定度分析進(jìn)行驗證其可行性。

1 轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的不確定度分析

1.1 測量依據(jù)

JJF（豫）348—2023《磁力加熱攪拌器校準(zhǔn) 規(guī)范》。

1.2 測量方法

在溶液高度僅僅與攪拌子高度平齊的時候，將 攪拌子涂黑一半或全部涂黑并粘貼反光條，然后按 啟動磁力加熱攪拌器，等攪拌子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將轉(zhuǎn) 速測量儀的測速傳感器光電探頭對準(zhǔn)反光條，在同 一測量點(diǎn)連續(xù)讀取并記錄被校磁力加熱攪拌器的 10個顯示值，取其平均值。

1.3 測量模型

攪拌器的轉(zhuǎn)速示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果表示如下：

3 結(jié) 語

根據(jù)JJF（豫）348—2023《磁力加熱攪拌器校 準(zhǔn)規(guī)范》，其轉(zhuǎn)速示值的最大允許誤差不超過±1%， 由于轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為0.2%，與轉(zhuǎn)速 示值誤差的比值小于1：3，根據(jù)JJF 1094—2002《測 量儀器特性評定》[5]，對測量儀器進(jìn)行符合性評定 時，將被校計量器具與相應(yīng)的計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)比 較，如果測量不確定度與測量儀器的最大允許誤差 之比小于或等于1/3，可以直接判斷轉(zhuǎn)速的測量符合 量值傳遞要求。因此，經(jīng)過量化分析，判斷第二種 方案的轉(zhuǎn)速測量方法滿足日常計量測試的要求。同 樣的，方案一的轉(zhuǎn)速測量方法的不確定度分析中， 其轉(zhuǎn)速的重復(fù)性會更優(yōu)越，不確定度結(jié)果應(yīng)該是更 小，但前提是必須克服安裝不便的缺點(diǎn)。

但是無論哪種測量方案，為了防止磁力攪拌子 高速攪拌時發(fā)生飛出傷人的危險情況發(fā)生，可以將 磁力加熱攪拌器整體放入特制的安全罩或者其它 安全設(shè)施當(dāng)中，安全罩本體或安全設(shè)施為透明或有 監(jiān)控可以觀察內(nèi)部，從而達(dá)到安全防護(hù)的目的，確 保依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的測量準(zhǔn)確而又安全可控。

參考文獻(xiàn)

轉(zhuǎn)速表檢定規(guī)程：JJG 105—2019[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版 社，2019.

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磁力加熱攪拌器校準(zhǔn)規(guī)范：JJF（豫）348—2023[S].北 京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2023..

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測量儀器特性評定JJF 1094—2002[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出 版社，2002.

作者簡介

孫欽密，碩士，高級工程師，主要從事力值、硬度、振動與沖 擊、轉(zhuǎn)速、建筑機(jī)械、應(yīng)力應(yīng)變、水分測定等的計量，以及技 術(shù)與質(zhì)量管理、體系文件維護(hù)等工作。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）