手持糖量（含量）計(jì)及手持折射儀示值誤差不確定度評(píng)定

董佳 王舵 劉廣

【摘要】 本文對(duì)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(píng)定過(guò)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(cè)量水溶液中糖含量的儀器，手持折射儀是一種測(cè)量溶液或液體的折射率的儀器。光線(xiàn)從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)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(cè)量條件和方法

1.1 測(cè)量條件

1）測(cè)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(duì)流，溫度波動(dòng)應(yīng)≤1 ℃/h，室內(nèi)應(yīng)有足夠的照度;3）測(cè)量設(shè)備：蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);4）被測(cè)對(duì)象：手持糖量計(jì)和手持折射儀。

1.2 測(cè)量方法

測(cè)量前需要對(duì)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(cè)量出的儀器示值誤差超差，可先對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)零后再重復(fù)上述測(cè)量過(guò)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(píng)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(lái)源

手持糖量計(jì)示值誤差測(cè)量的不確定來(lái)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(cè)量引入的不確定度;儀器分辨率引入的不確定度;溫度測(cè)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(shū)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(cè)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(duì)手持糖量計(jì)重復(fù)測(cè)量10次，得到10次測(cè)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(duì)手持糖量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，按照規(guī)程要求需要重復(fù)測(cè)量6次，則重復(fù)測(cè)量6次對(duì)測(cè)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(guān)察手持糖量計(jì)的標(biāo)尺可知，待測(cè)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(cè)量帶來(lái)的不確定度

根據(jù)檢定規(guī)程要求，檢測(cè)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(guò)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(duì)修正值的最大影響為0.09%，假設(shè)溫度對(duì)修正值的影響為均勻分布，[k=3]。則溫度測(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(píng)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(lái)源

手持折射儀示值誤差測(cè)量的不確定來(lái)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(cè)量引入的不確定度;儀器分辨率引入的不確定度;溫度測(cè)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(shū)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(cè)量引入的不確定度

用蔗糖水溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)一臺(tái)穩(wěn)定性較好的手持折射儀在50%測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行10次測(cè)量，結(jié)果如下表。

實(shí)際檢測(cè)時(shí)測(cè)量6次，則重復(fù)測(cè)量帶來(lái)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(guān)察儀器標(biāo)尺可知，測(cè)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(cè)量帶來(lái)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(duì)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(cè)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(guò)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(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為：

[U=0.0005]，[k=2]

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)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(píng)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(cè)量不確定度評(píng)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(jiǎn)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(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)量檢定。