酒精計檢定校準輔助裝置改進性研究

摘要：本文介紹了一種新型酒精計檢定校準輔助裝置。該裝置采用讀數顯微鏡、雙層真空不銹鋼溢出筒、帶有兩個酒精計放置孔的塑料圓盤、電子溫度顯示器與鉑電阻傳感器等組件，解決了檢定校準過程中乙醇溶液穩定時間長、酒精計讀數不準確、乙醇溶液溫度測量不準確、乙醇溶液溫度波動大等問題，具有較強的實用性，可顯著提高酒精計檢定校準精度。

關鍵詞：酒精計；檢定校準；讀數顯微鏡；雙層真空不銹鋼溢出筒；鉑電阻傳感器

中圖分類號：TS264.9文獻標志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.075

1技術領域和背景

1.1技術領域

本文所涉及的新型酒精計檢定校準輔助裝置主要應用于不同精度酒精計的計量檢定與校準工作，旨在解決檢定校準過程中的精準讀數、精確測溫、持續恒溫等問題。

1.2技術背景

酒精計主要用于測量白酒或其他溶液中的乙醇濃度。其測量方法簡單：在標準溫度下，將酒精計放置到待測溶液中，待其穩定后讀取酒精計彎月面（上緣或者下緣）與刻度線平齊處的數值，該數值即為溶液的乙醇含量。為保證測量數據的準確可靠，需要對酒精計進行定期檢定。按照JJG 42—2023《工作玻璃浮計》檢定規程要求，將被檢酒精計與標準酒精計同時放置到盛有乙醇溶液的玻璃溢出筒中，待穩定后分別讀取被檢酒精計與標準酒精計的數值，計算示值誤差并給出修正值。

筆者在對酒精計進行檢定校準時常常會遇到乙醇溶液穩定時間過長、人為讀數誤差過大造成測量結果不準確、不能正確反應乙醇溶液實際溫度以及乙醇溶液溫度波動過大等問題。為了解決以上問題，筆者按照檢定規程，結合實際工作經驗設計了一款新型酒精計檢定校準輔助裝置用以解決以上問題。

2新型酒精計檢定校準輔助裝置概述

2.1常用輔助裝置介紹

目前常用的酒精計檢定校準輔助裝置如圖1所示，其主要組成包括玻璃溢出筒、導管、燒杯、玻璃溫度計。該輔助裝置在實際檢定校準使用過程中常存在讀數費力、測控溫不準、溫度波動度大等問題。

2.2新型酒精計檢定校準輔助裝置總體介紹

新型輔助裝置設計新穎、實用性強，結合實際工作需要，解決了檢定校準乙醇溶液時出現的穩定時間長、溫度波動度大、溫度測量不準確、檢定校準人員讀數誤差大等問題。其主要構造有雙層真空不銹鋼溢出筒、電子溫度顯示器與鉑電阻傳感器、讀數顯微鏡、帶有兩個酒精計放置孔的塑料圓盤等結構組成。其結構如圖2所示。

2.3新型酒精計檢定校準輔助裝置主要創新點

2.3.1讀數顯微鏡

酒精計通常由玻璃制成，其頭部帶有讀數標尺的干管外直徑不足4 mm，標尺端最小刻度間距為1.5 mm。常用工作酒精計的分度值為0.1%Vol，在實際檢定校準過程中按照“一二五”的估讀原則，還需要向下估讀一位。在如此精細的刻度范圍內，檢定人員僅憑肉眼要準確讀取溶液凹液面下緣的讀數極為困難。另外，酒精計多為10支套裝，每支酒精計至少檢定3個點，先讀取標準酒精計示值，再讀取被檢酒精計數值，一套酒精計檢定下來至少要讀取60個點的數據，這很容易引起檢定校準人員視覺疲勞，從而造成較大的讀數誤差。人為因素引入的不確定度分量增大，最終會導致測量結果的不確定度增大。為了解決上述問題，新型酒精計檢定校準輔助裝置設計了讀數顯微鏡結構。通過讀數顯微鏡放大讀數標尺，檢定人員可以準確地讀取測量數據，進而提高測量的準確度。由于不同濃度、不同體積乙醇溶液會導致標準酒精計與被檢酒精計的漂浮高度不同，新型酒精計檢定校準輔助裝置可以根據不同的漂浮高度來調節讀數顯微鏡的高度，使檢定人員的視線盡可能與讀數彎月面齊平，進一步減小讀數誤差。

2.3.2雙層真空不銹鋼溢出筒

JJG 42—2023《工作玻璃浮計》檢定規程規定，酒精計的檢定要在恒溫恒濕實驗室中進行，其中溫度波動為±2℃，檢定使用的配套設備為玻璃溢出筒。由于無水乙醇在稀釋過程中需要放出熱量，配置好的不同濃度的乙醇溶液需在恒溫室中靜置較長時間后才能使用。檢定規程中還要求乙醇溶液的溫度波動不超過±0.1℃。在實際檢定過程中，溢出筒材質的導熱性以及檢定人員體溫、呼吸等因素，都可能影響檢定的“小環境”，造成乙醇溶液溫度發生波動，進而影響檢定校準結果的準確性。為了解決上述問題，結合日常使用的“暖水瓶”原理，新型酒精計檢定校準輔助裝置設計了一個特殊結構——雙層真空不銹鋼溢出筒。在檢定校準時，將配置好的且靜置溫度恒定的不同濃度乙醇溶液依次注入不銹鋼溢出筒中，利用其真空隔熱的方式可以減少乙醇溶液溫度波動造成的測量誤差。

2.3.3帶有兩個酒精計放置孔的塑料圓盤

JJG 42—2023《工作玻璃浮計》檢定規程規定，在酒精計檢定校準時，需要把標準酒精計和被檢酒精計同時放置到乙醇溶液中，待穩定后讀取各自數值，計算示值誤差。在實際操作中，放置酒精計會擾動溶液，常出現兩只酒精計相互觸碰或酒精計與溢出筒壁接觸的情況，從而導致整個系統達到穩定狀態所需時間過長。為了解決上述問題，新型酒精計檢定校準輔助裝置設計了帶有兩個酒精計放置孔的塑料圓盤。塑料圓盤漂浮在液面上，有效避免了兩只酒精計或酒精計與溢出筒壁的觸碰。另外，塑料圓盤與雙層真空不銹鋼溢出筒形成一個小的密閉環境，有助于減小乙醇溶液溫度波動帶來的測量誤差。

2.3.4電子溫度顯示器與鉑電阻傳感器

JJG 42—2023《工作玻璃浮計》檢定規程規定，測量溶液溫度的方法是檢定人員用手提著玻璃溫度計，使玻璃溫度計懸浮在乙醇溶液中，待溫度穩定后讀取數值。這樣操作存在兩個不足點：一是手提玻璃溫度計懸浮時間不易掌握，時間過短不能正確反映乙醇溶液的實際溫度，時間過長容易造成檢定人員疲勞；二是玻璃溫度計水銀室在乙醇溶液中所處的位置不易控制，不能正確反映乙醇溶液溫度的均勻性。

由于技術不斷地迭代更新，高精度鉑電阻傳感器應用也越來越廣泛。高精度鉑電阻傳感器具有測量精度高（±0.05℃）、可靠穩定性強（6萬小時以上）、漂移小（最大溫度漂移為0.02℃）等特點。鑒于實際測量溫度存在的問題，以及高精度鉑電阻溫度傳感器優點，新型酒精計檢定校準輔助裝置設計了一套電子測溫裝置。該裝置由3個電子溫度顯示器和3個高精度鉑電阻傳感器組成。3個電子溫度顯示器與均勻分布在不銹鋼筒內壁上的3個高精度鉑電阻傳感器相連。這樣的設計不但能很好地反映乙醇溶液溫度的均勻性，而且通過計算3點溫度測量的平均值可以更加精確地得到乙醇溶液的實際溫度值。

3新型酒精計檢定校準輔助裝置的工作原理及使用流程

3.1工作原理

該裝置作為酒精計檢定校準的輔助裝置，其工作原理是通過讀數顯微鏡的精準讀取酒精計示值，通過雙層真空不銹鋼溢出筒的設計減小酒精溶液的溫度波動，通過3個均勻分布的高精度鉑電阻傳感器準確測定乙醇溶液的實際溫度。

3.2使用流程

該裝置應置于溫度波動度不超過±2℃的恒溫恒濕實驗室內。首先關閉排液管，將配置好并靜置一段時間的乙醇溶液倒入雙層不銹鋼筒內，將圓盤放置在液面上，然后調整溶液液面，使其與溢出管口齊平，靜置等待溫度穩定（通過觀察與鉑電阻傳感器相連的3個溫度顯示器示值，看示值是否一致），然后讀取溫度示值。將標準酒精計、被檢酒精計分別放置在塑料圓盤的兩個孔內，待兩個酒精計穩定后，上下調節讀數顯微鏡支架，使讀數顯微鏡視野與液面持平，通過讀數顯微鏡分別讀取兩個酒精計示值，計算示值誤差，每個點檢定校準2次。檢定校準完成后，打開排液管，將該濃度乙醇溶液排出，同時將溢出槽內的液體一并倒出。關閉排液管，倒入下一濃度的乙醇溶液，重復以上步驟，直至全部酒精計檢定校準完成。

4結束語

為解決酒精計日常檢定校準過程中遇到的讀數誤差大、溫度恒定時間長、測溫不準確等問題，筆者設計了一套新型酒精計檢定校準輔助裝置。與傳統的玻璃溢出筒、玻璃溫度計等配套設備相比較，本裝置通過設計讀數顯微鏡裝置解決了酒精計讀數不準確問題；通過設計雙層真空不銹鋼溢出筒和測量圓盤解決了乙醇溶液溫度恒定時間長、溫度波動大的問題；通過設計3個高精度溫度傳感器解決了傳統玻璃溫度計測溫不準確、不均勻等問題；通過設計放置孔解決了標準酒精計和被檢酒精計容易與筒壁碰撞以及相互碰撞的問題。與傳統酒精計檢定校準輔助裝置相比，該裝置在讀數精度、溫度測量精度、控溫準確性等方面均實現了顯著提高，極大地方便了一線檢定校準人員的操作。

參考文獻

[1]工作玻璃浮計：JJG 42—2023[S].

[2]費業泰.誤差理論與數據處理[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]何志強，王笑君.從誤差理論看中學常見測量儀器的估讀[J].物理教師，2014，35（6）：54-57.

[4]朱家良.工業鉑、銅熱電阻[M].北京：中國計量出版社，2011.

作者簡介

劉學恩，男，1982年出生，工程師，學士，研究方向為計量檢定與校準。

（編輯：李加鵬，收稿日期：2024-06-14）