林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性研究

張江賓 王龍

[摘? ? 要]利用生物顯微鏡及測(cè)微尺作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，研究對(duì)象為不同廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)的林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡，對(duì)其目鏡上鑲嵌的不同林格曼黑度等級(jí)的光學(xué)分劃板總面積和白色部分面積進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得到實(shí)際等級(jí)值，計(jì)算示值誤差。通過(guò)分析計(jì)算表明：示值誤差最大為0.102級(jí);驗(yàn)證林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性顯著;進(jìn)而驗(yàn)證林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡國(guó)家檢定規(guī)程或者校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)工作的可行性。

[關(guān)鍵詞]計(jì)量學(xué);林格曼黑度等級(jí);示值誤差;計(jì)量特性

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH743 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）05–0–03

Study on the Measurement Characteristics of Ringelmann's Smoke Blackness Telescope

Zhang Jiang-bin，Wang Long

[Abstract]Using biological microscopes and micrometers as standard measuring instruments， the research objects are different types of Ringelmann smoke blackness telescopes produced by different manufacturers， and the optical divisions of different Ringelmann blackness levels embedded in their eyepieces The total area of the board and the area of the white part are measured， the actual grade value is calculated through experiments， and the indication error is calculated. Analysis and calculation show that the maximum indication error is 0.102; the measurement characteristics of the Ringelmann smoke blackness telescope are significant; and the feasibility of writing the national verification regulations or calibration specifications for the Ringelmann smoke blackness telescope is verified.

[Keywords]metrology; Ringelmann blackness level; indication error; metrological characteristics

林格曼煙氣黑度作為評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)之一[1–8]，是環(huán)境污染治理重要的參考依據(jù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了在大氣污染物排放濃度限制中煙氣黑度（林格曼黑度，級(jí)）≤1，同時(shí)《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《煉焦?fàn)t大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》都對(duì)煙氣黑度排放規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)限值。國(guó)家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T398-2007《固定污染源排放煙氣黑度的測(cè)定林格曼煙氣黑度圖法》[1]中詳細(xì)規(guī)定了測(cè)量煙氣黑度的儀器設(shè)備、步驟、觀測(cè)方法、記錄、計(jì)算及質(zhì)量保證和控制方法。

林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡[6]作為環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)、第三方環(huán)境檢測(cè)公司以及企業(yè)環(huán)保部門(mén)常備儀器，其應(yīng)用范圍極其廣泛。該儀器特點(diǎn)為體積小巧，攜帶方便，使煙氣黑度的測(cè)量變得快速、簡(jiǎn)便，使監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確度得到提高。通過(guò)對(duì)煙氣黑度的測(cè)定，可以分析煙氣排放對(duì)空氣的污染程度及燃料的燃燒利用率情況，從而為環(huán)境治理和節(jié)約能源提供有效的監(jiān)測(cè)手段[9-10]。由此可見(jiàn)，林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡的使用在環(huán)境監(jiān)測(cè)及環(huán)境治理方面作用明顯，其計(jì)量特性的準(zhǔn)確性是儀器數(shù)據(jù)可靠的重要保障，為煙氣黑度測(cè)量提高提供技術(shù)支持[5]。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，國(guó)家尚無(wú)相關(guān)計(jì)量檢定規(guī)程或者技術(shù)規(guī)范。在2018年，河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布實(shí)施的JJF（冀）144-2018《林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡校準(zhǔn)規(guī)范》為儀器校準(zhǔn)提供了技術(shù)支持，其他尚未報(bào)道。

按照儀器的原理不同將林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡分為兩類(lèi)：目視望遠(yuǎn)鏡和光電式望遠(yuǎn)鏡。其中目視望遠(yuǎn)鏡分為雙目望遠(yuǎn)系統(tǒng)和單目望遠(yuǎn)系統(tǒng)[2]。檢測(cè)工作原理是：把標(biāo)準(zhǔn)林格曼煙氣濃度圖縮制在一塊光學(xué)玻璃上，鑲嵌在望遠(yuǎn)鏡目鏡上，在使用儀器測(cè)量時(shí)，在望遠(yuǎn)鏡目鏡中看到的污染物煙氣黑度與林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡目鏡上的縮制濃度圖的不同等級(jí)光學(xué)分劃板直接作比較，確定煙氣的黑度等級(jí)，完成檢測(cè)任務(wù)。

本文研究對(duì)象是目視林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡，利用顯微鏡及測(cè)微尺作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)具有代表性的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡目鏡上鑲嵌的具有不同等級(jí)林格曼黑度的光學(xué)分劃板組成的縮制煙氣濃度圖進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)試驗(yàn)，并且計(jì)算得到實(shí)際等級(jí)值，計(jì)算示值誤差，驗(yàn)證林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性進(jìn)一步研究的可行性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量器的選擇和組裝

生物顯微鏡，型號(hào)：IX53;出廠編號(hào)：6F09745;生產(chǎn)廠家：OLYMPUS;物鏡放大倍率：×40、×20、×10和×4。

測(cè)微尺：測(cè)量范圍（0～10） mm。

將測(cè)微尺安裝在生物顯微鏡目鏡上，安裝牢固并且目測(cè)清晰。

1.2 試驗(yàn)對(duì)象的選擇

通過(guò)對(duì)不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的相同型號(hào)的兩臺(tái)儀器進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性進(jìn)一步研究的可行性。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡主要是國(guó)產(chǎn)儀器，鮮見(jiàn)到國(guó)外產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中廣泛應(yīng)用。具有典型代表性的有蘇州市青安儀器有限公司、蘇州上析儀器有限公司和青島聚創(chuàng)環(huán)保設(shè)備有限公司。因此，本試驗(yàn)選擇了上述三個(gè)廠家生產(chǎn)的各一種型號(hào)儀器，每種儀器隨機(jī)選擇兩臺(tái)，依次以A、B、C、D、E、F簡(jiǎn)稱(chēng)。儀器信息見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)方法

用顯微鏡及測(cè)微尺測(cè)量?jī)x器的玻璃光學(xué)分劃板，總長(zhǎng)與總寬分別記為：L，H，總面積S總=L×H。

從分劃板中心點(diǎn)位置取1個(gè)白色格子，中心點(diǎn)與左上角、右上角、左下角和右下角連線中心位置各取1個(gè)白色格子，共5個(gè)白色格子，每一個(gè)測(cè)量其長(zhǎng)Li和寬Hi，白色格子為正方形，因此，Li=Hi。計(jì)算其面積S白i=Li×Hi，5個(gè)白色面積分別為S白1、

S白2、S白3、S白4和S白5，白色格子平均面積S白5=（S白1+S白2+

S白3+S白4+S白5）/5，則白色格子總面積S白=n×S白5，n代表白色格子數(shù)量。

計(jì)算林格曼黑度等級(jí)Ki：

（1）

式（1）中：S總為玻璃光學(xué)分劃板總面積，mm2;S白為白色格子總面積，mm2;Ki為林格曼黑度計(jì)算值，級(jí)。

對(duì)每個(gè)級(jí)測(cè)定都按以上方法進(jìn)行，得到測(cè)量值Ki，按式（2）分別計(jì)算儀器的示值誤差Δi，取其中最大的Δi作為儀器的示值誤差[2]。

Δi=Ki–Ks （2）

式中：Ks為林格曼黑度標(biāo)準(zhǔn)值，級(jí);Ki為林格曼黑度計(jì)算值，級(jí);Δi為示值誤差，級(jí)。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)試驗(yàn)，給出了試驗(yàn)用7臺(tái)儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表2—表7。

通過(guò)對(duì)以上結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，儀器A示值誤差為0.056級(jí)，儀器B示值誤差為–0.042級(jí)，儀器C示值誤差為0.076級(jí)，儀器D示值誤差為0.064級(jí)，儀器E示值誤差為0.102級(jí)，儀器F示值誤差為0.096級(jí)。最大示值誤差為儀器E，為0.102級(jí)，說(shuō)明林格曼煙氣望遠(yuǎn)鏡黑度的光學(xué)分劃板制作比較精確，得益于制作過(guò)程為電腦程序設(shè)計(jì)，誤差相對(duì)較小，準(zhǔn)度高，示值誤差計(jì)量特性穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得到實(shí)際等級(jí)值，計(jì)算示值誤差，示值誤差最大為0.102級(jí)，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟，示值誤差計(jì)量特性相對(duì)穩(wěn)定，證實(shí)林格曼煙氣黑度望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性進(jìn)一步研究的可行性較強(qiáng)，進(jìn)而申請(qǐng)制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范。

參考文獻(xiàn)

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