平滑度儀容積檢驗(yàn)方法研討

殷報(bào)春

摘要：本研究通過對(duì)平滑度儀相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中真空容器系統(tǒng)容積及其允許誤差、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)條件的分析，利用測(cè)量不確定度評(píng)定方法，證實(shí)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)方法和條件不滿足容積允許誤差要求，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)修訂提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：平滑度儀;容積檢驗(yàn);不確定度

中圖分類號(hào)： TS736+.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI：10.11980/j. issn.0254-508X.2022.02.012

Discussion on the Volume Calibration Method of Smoothness Tester

YIN Baochun

（Sichuan Changjiang Papermaking Instrment Co.，Ltd.，Yibin，Sichuan Province，644000）

（E-mail：yinbaochun@sina. com）

Abstract：In this study，the volume and its permissible deviation，calibration method，and calibration conditions of the vacuum vessel sys?tem in the relevant standards of smoothness tester were analyzed and the method of measurement uncertainty evaluation was used to verify? that the calibration methods and conditions in the current standards were not compatible with the maximum permissible deviation of volume， and suggestions for revising the current standards were put forward as well.

Key words：smoothness tester; volume calibration;uncertainty

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平滑度儀真空容器容積及檢驗(yàn)方法的規(guī)定

1.1 真空容器容積要求

GB/T 456—2002《紙和紙板平滑度的測(cè)定（別克法）》中 5.5.1規(guī)定：“大真空容器，包括到玻璃板表面的連接管，體積為（380±1）mL”;5.5.2規(guī)定：“小真空容器，包括到玻璃板表面的連接管，體積為（38±1）mL”。

QB/T 1665—2004《紙與紙板平滑度儀》4.3表3中規(guī)定：“真空容器容腔體積：大容器（380±1）mL，小容器（38±1）mL”。

1.2 真空容器容積檢驗(yàn)方法

GB/T 456—2002和 QB/T 1665—2004規(guī)定，以測(cè)量一定量的空氣泄入真空容器的方法間接檢驗(yàn)真空容器容積，檢驗(yàn)方法示意圖如圖1所示。

實(shí)測(cè)環(huán)境大氣壓，測(cè)量實(shí)際泄入的空氣量ΔV，同時(shí)記錄下真空壓力的變化量ΔP ，按式（1）將ΔV換算為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的泄入空氣量ΔV0。

式中，ΔV0表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下泄入的空氣量，mL; P表示實(shí)測(cè)的環(huán)境大氣壓，kPa;ΔV表示環(huán)境大氣壓下泄入的空氣量，mL; P0表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P0=101.325 kPa。

按式（2）計(jì)算真空容器容積。

按 QB/T 1665—2004規(guī)定，以泄入10 mL空氣檢驗(yàn)大真空容器，以泄入1 mL 空氣檢驗(yàn)小真空容器。根據(jù) GB/T 456—2002和 QB/T 1665—2004要求，此時(shí)ΔP 為2.66 kPa。

2 真空容器容積計(jì)算的數(shù)學(xué)模型[1]

2.1 數(shù)學(xué)模型

測(cè)量不確定度的數(shù)學(xué)模型見式（2）。

2.2 靈敏系數(shù)

2.2.1 ΔV0的靈敏系數(shù)

ΔV0的靈敏系數(shù)計(jì)算見式（3）。

按 QB/T 1665—2004規(guī)定的條件，對(duì)大、小容器，P0=101.325 kPa，ΔP =2.66 kPa，代入式（3），得c1=38.09。

2.2.2 ΔP 的靈敏系數(shù)

ΔP 的靈敏系數(shù)計(jì)算見式（4）。

按 QB/T 1665—2004規(guī)定的條件，對(duì)大容器，P0=101.325 kPa，ΔV0=10 mL，ΔP =2.66 kPa，代入式（4），得 c2=143.20 mL/kPa;對(duì)小容器， P0=101.325 kPa，ΔV0=1 mL，ΔP =2.66 kPa，代入式（4），得c2=14.32 mL/kPa。

由上可見，對(duì)大容器，其輸入量ΔP引入的不確定度對(duì)最終不確定度評(píng)定結(jié)果的影響遠(yuǎn)大于小容器，故以下不確定度評(píng)定只針對(duì)大容器容積檢驗(yàn)進(jìn)行。

2.3.1 輸入量ΔV0引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u （ΔV0）分量

（1）測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;

（2）容量吸管容積允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2;

（3）容量吸管分度值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3。

2. 3. 2 輸入量ΔP引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u （ ΔP）分量

（1）真空壓力差允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4;

（2）真空壓力顯示分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u5。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

2. 4. 1 u （ ΔV0 ）的評(píng)定

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1采用A類評(píng)定方法。

在重復(fù)性條件下對(duì)ΔV0進(jìn)行10次測(cè)定（實(shí)測(cè)泄入空氣量均換算為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的泄入空氣量），結(jié)果分別為：9.98、10.01、10.00、10.04、9.98、10.03、9.96、10.01、10.03、10.00 mL。

實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.024 mL，即測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.024 mL。

容量吸管容積允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2和容量吸管分度值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3采用B類評(píng)定方法。

容量吸管容積允許誤差±0.05 mL，區(qū)間半寬0.05 mL，服從均勻分布，則：

容量吸管分度值0.05 mL，區(qū)間半寬0.025 mL，服從均勻分布，則：

輸入量u1、u2、u3相互獨(dú)立，則：

2. 4. 2 u （ ΔP）的評(píng)定

按 QB/T 1665—2004規(guī)定，真空壓力從50.66 kPa 降至48.00 kPa，其真空壓力差應(yīng)為（2.66±0.04）kPa，即真空壓力差的允許誤差為±0.04 kPa，采用B類評(píng)定方法，區(qū)間半寬0.04 kPa，服從均勻分布，則：

真空壓力顯示分辨力0.01 kPa，采用 B類評(píng)定方法，區(qū)間半寬0.005 kPa，服從均勻分布，則：

輸入量u4、u5相互獨(dú)立，則：

2.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

輸入量ΔV0、ΔP 相互獨(dú)立，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k=2，則擴(kuò)展不確定度 U=k ·uc=7.26 mL。

3 不確定度評(píng)定結(jié)果分析

測(cè)量不確定度評(píng)定結(jié)果表明，按 QB/T 1665—2004規(guī)定的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)條件，大真空容器容積檢驗(yàn)的擴(kuò)展不確定度（7.26 mL）大于其最大允許誤差（±1.0 mL）?？梢哉J(rèn)為，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)條件不滿足該指標(biāo)的要求，應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。

4 減小測(cè)量不確定度的途徑

4.1 減小輸入量ΔV0和 ΔP的靈敏系數(shù)

GB/T 456—2002和QB/T 1665—2004規(guī)定了平滑度儀真空壓力的3個(gè)壓力點(diǎn)：50.66、48.00和29.33 kPa，并要求（以下均只對(duì)大容器進(jìn)行分析，小容器同理）：

當(dāng)真空度從50.66 kPa 降到48.00 kPa 時(shí)， ΔP =（2.66±0.04）kPa，ΔV0=（10±0.2）mL。

當(dāng)真空度從50.66 kPa 降到29.33 kPa 時(shí)， ΔP =（21.33±0.04）kPa，ΔV0=（80±1.0）mL。

由式（3）、式（4）可見，減小測(cè)量不確定度的有效途徑之一為減小輸入量ΔV0和 ΔP 的靈敏系數(shù)c1和c2，即增大式（3）和式（4）中的分母ΔP。

當(dāng)ΔV0=80 mL，ΔP =21.33 kPa 時(shí)，c1=4.75，c2=17.81 mL/kPa。

重復(fù)前述不確定度評(píng)定過程，在其他條件不變的情況下，通過將ΔP 由2.66 kPa調(diào)整到21.33 kPa，擴(kuò)展不確定度將降低至 U=0.90 mL，k=2。仍不完全滿足真空容積（380±1） mL 的檢驗(yàn)要求。

4.2 減小容量吸管容積允許誤差和容量吸管分度值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2、u3

使用分度值0.02 mL、容積允差±0.02 mL 的容量吸管，重復(fù)前述不確定度評(píng)定過程，在其他條件不變的情況下，當(dāng)ΔP=21.33 kPa 時(shí)：u2=0.012 mL，u3=0.006 mL，則：

擴(kuò)展不確定度 U=0.86 mL，k=2。

可見，減小容量吸管分度值和容積允差，擴(kuò)展不確定度有改善，但不明顯。

4.3 減小輸入量ΔP引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上檢驗(yàn)過程以平滑度儀顯示的真空壓力差為ΔP 的實(shí)測(cè)值，并以真空壓力差的允許誤差作為ΔP 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的一個(gè)分量進(jìn)行不確定度評(píng)定。

按 QB/T 1665—2004規(guī)定，使用準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)的活塞式壓力計(jì)及專用砝碼（或相應(yīng)等級(jí)的數(shù)字壓力計(jì)）檢驗(yàn)計(jì)時(shí)點(diǎn)的真空壓力及計(jì)時(shí)點(diǎn)間的真空壓力差，如以該檢驗(yàn)的實(shí)測(cè)值對(duì)平滑度儀顯示的真空壓力差進(jìn)行修正，則真空壓力差的測(cè)量誤差可控制在±0.01 kPa 范圍。由此，前述不確定度評(píng)定中的不確定度分量 u4可減小至0.006 kPa，輸入量ΔP 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u （ΔP）進(jìn)行合成，則：uc=0.23 mL， U=0.46 mL，k=2，滿足要求。

5 結(jié)論

按 QB/T 1665—2004規(guī)定的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)條件，以真空度從50.66 kPa 降到48.00 kPa、泄入空氣量 10 mL檢驗(yàn)平滑度儀大真空容器容積，其測(cè)量方法的不確定度大于容積的允許誤差，檢驗(yàn)結(jié)果有可能不能真實(shí)反映儀器的實(shí)際情況。

建議在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)對(duì)檢驗(yàn)方法作以下調(diào)整：①以真空度從50.66 kPa 降到29.33 kPa、泄入空氣量80 mL 檢驗(yàn)平滑度儀大真空容器容積;②以真空度檢驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)儀器顯示的真空壓力差進(jìn)行修正，并以之作為容積計(jì)算的依據(jù);③同理對(duì)小真空容器容積檢驗(yàn)方法進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).? JJF 1059.1—2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.2012-12-3.

National Legal Metrology Management Metrology Technical Commit ? tee. Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement[S]. Beijing：General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine.2012-12-03.

（責(zé)任編輯：董鳳霞）