界面張力儀的校準(zhǔn)方法及其性能影響分析與研究

馬興 郭貴勇

摘? 要：介紹了界面張力儀的工作原理和用途，建立了界面張力儀校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量模型，分析了各不確定度分量主要來(lái)源，結(jié)合測(cè)量實(shí)例具體數(shù)據(jù)，對(duì)其合成不確定度進(jìn)行分析評(píng)定，對(duì)各不確定度分量進(jìn)行計(jì)算并得出合成不確定度和擴(kuò)展不確定度，最終可得出該項(xiàng)目的校準(zhǔn)測(cè)量能力，為我國(guó)電力、石油、化工、鐵路等行業(yè)提供的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：界面張力儀? 校準(zhǔn)方法? 測(cè)量? 性能影響? 不確定度評(píng)定

中圖分類號(hào)：TH871 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（a）-0064-02

Abstract： This paper introduces the working principle and application of the interface tension instrument， establishes the measurement model of the calibration results of the interface tension meter， analyzes the main sources of each uncertainty component， analyzes and evaluates the synthetic uncertainty combined with the concrete data of the measurement example， calculates each uncertainty component， obtains the synthetic uncertainty and extended uncertainty. Finally， the calibration and measurement ability of the project can be obtained. Overall， this paper can provide strong technical support for chemical industry， railway and other industries in our country.

Key Words： Interface Tensiometer; Calibration Method; Measurement; Performance Impact; Evaluation of Uncertainty

分子間的作用力形成液體的界面張力或表面張力，張力值的大小能夠反映液體的物理化學(xué)性質(zhì)及其物質(zhì)構(gòu)成，是相關(guān)行業(yè)考察產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。界面張力儀由張力測(cè)量裝置、試驗(yàn)臺(tái)、可控移動(dòng)裝置及鉑金環(huán)或鉑金板組成界面張力儀采用圓環(huán)法在非平衡的條件下，測(cè)量各種液體表面張力（液-氣相界面）及礦物油與水的界面張力（液—液相界面）。該儀器廣泛適用于電力、石油、化工、鐵路等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程與產(chǎn)品中界面張力的測(cè)定[1-3]。

1? 界面張力儀的校準(zhǔn)

界面張力儀是采用圓環(huán)法在非平衡的條件下，測(cè)量各種液體表面張力及礦物油與水的界面張力，能可靠的指示出親水氧化物的存在情況。對(duì)界面張力儀的校準(zhǔn)研究院用專用砝碼（最大秤量：1000g，MPE：±0.1%）直接測(cè)量張力儀，測(cè)量3次，其3次測(cè)量的算術(shù)平均值與理論值之差即為張力儀張力值的示值誤差[4，5]。

2? 界面張力儀的示值誤差不確定評(píng)定

2.1 測(cè)量模型

△=-F ? ? ? ? （1）

式中：△為張立儀的示值誤差;

為張力儀示值的算術(shù)平均值;

F為根據(jù)專用砝碼質(zhì)量計(jì)算的理論張力值。

其中，張力儀的理論張力F：

（2）

式中：m為專用砝碼質(zhì)量;

g為校準(zhǔn)點(diǎn)重力加速度;

S為對(duì)應(yīng)鉑金環(huán)的計(jì)算常數(shù)，由制造商提供。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

2.2.1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（）的評(píng)定

的不確定度主要包括張力儀的測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和張力儀示值分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.2.2 張力儀示值重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（1）

選一臺(tái)張力儀，用1g標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行連續(xù)3次測(cè)量，得到測(cè)量列見表1。

在實(shí)際測(cè)量中，在重復(fù)性條件下重復(fù)測(cè)量3次，考慮為均勻分布，極差系數(shù)C=1.69，因此：

=0.007mN/m ? ? ? ?（3）

2.2.3 張力儀示值分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（2）

張力儀示值分辨力為r=0.01mN/m，將其看作均勻分布：

mN/m ? ? ? ?（4）

2.2.4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（）

mN/m ? ? ? ?（5）

2.3 輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（F）的評(píng)定

u（F）的評(píng)定：理論張力值的擴(kuò)展不確定度控制在張力儀允差絕對(duì)值0.5%F/3以下，顧可忽略其對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

2.4 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

U=k·.u（）=0.02mN/m ? ? ? ?（6）

2.5 張力儀各測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)估

根據(jù)JJF 1464-2014 《界面張力儀校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定，張力儀的測(cè)量范圍為20～500mN/m，其測(cè)量不確定度見表2。

3? 結(jié)語(yǔ)

保證界面張力儀的準(zhǔn)確性，通過(guò)校準(zhǔn)等方法實(shí)現(xiàn)量值的溯源性，在電力、石油、化工、鐵路等行業(yè)的質(zhì)量控制中起到重要作用;該文介紹省計(jì)量科學(xué)研究院對(duì)界面張力儀儀進(jìn)行校準(zhǔn)方法和不確定度評(píng)定方法。

參考文獻(xiàn)

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