贊恩杯黏度計校準方法及不確定度評定

董佳 宋潔 王琳

【摘要】本文對贊恩杯黏度計主要參數的校準方法，以及修正系數的不確定度評定過程進行了詳細的介紹，希望可以為相關計量檢定工作提供參考依據。

【關鍵詞】贊恩杯黏度計;校準;修正系數;不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.011

Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Zahn Viscosity Cups

DONG Jia，SONG Jie，WANG Lin

（Liaoning Institute of Measurement，Shengyang 110004，China）

Abstract：This paper introduces the calibration method of main parameters of Zane Viscosity Cups and the uncertainty evaluation process of correction coefficient in detail，hoping to provide reference basis for relevant metrological verification.

Key words：Zane Viscosity Cups;calibration;correction factor;uncertainty

贊恩杯黏度計是一種測量黏度的儀器，也有音譯為柴氏杯、蔡恩杯。常見的贊恩杯是用不銹鋼材料制成的，在杯子底部中心位置有一小孔，有很長的柄連接到杯的兩端，其工作原理是液體樣品在自身重力的作用下產生流動，以一定量的液體樣品在一定溫度下從贊恩杯中流出的時間來描述液體樣品的黏度。

1贊恩杯黏度計修正系數測量條件和方法

1.1校準條件

1）環境條件：溫度（20±1）℃，相對濕度≤85%RH，測試時周

圍應無振動干擾。

2）校準設備和材料：國家二級及以上有證黏度標準液;秒表;溫度計;恒溫裝置;清洗溶液等。

3）被校準對象：贊恩杯黏度計。

1.2校準方法

1.2.1校準前的準備

贊恩杯內壁表面光滑，不得有柳紋和劃痕;贊恩杯必須有型號、規格、編號等唯一性標識。將贊恩杯清洗干凈，用蘸溶劑的綢布擦拭干凈后干燥備用。按表1選擇兩種不同黏度的標準液放入恒溫裝置，如使用恒溫箱則將標準液和贊恩杯一同放入。恒溫裝置控制在校準溫度±1℃內，持續20～30 min。

1.2.2測量重復性

按照公式（1）計算同種黏度標準液的兩次流動時間t_i1和t_i2間的重復性，測量重復性應不大于2%。

其中，δ_it為第i種標準液測量重復性;t_i1為第i種標準液第一次

1.2.3修正系數（K）復現性

根據表2中所給出的公式計算兩種標準液的標準流出時間t_n1和t_n2。按照式（2）計算K₁和K₂。

按照式（3）計算修正系數復現性，修正系數復現性應不大于3%。

1.2.4修正系數

在修正系數滿足要求后，按照式（4）計算贊恩杯修正系數。

其中，K為修正系數;K₁為第1種標準液測量的修正系數;K₂為第2種標準液測量的修正系數。

2贊恩杯黏度計示值誤差不確定度評定

依據規范中的方法采用直接測量法測量，贊恩杯放入恒溫的標準液中，將杯體從標準液中垂直提起，用電子秒表測量標準黏度液的流出的時間，通過計算公式得到贊恩杯的修正系數。下面以5#贊恩杯為例，對修正系數的不確定度進行評價。

2.1數學模型及不確定傳播率

2.1.1修正系數數學模型

其中：k為修正系數;k_n1為第1種標準物質的測量時間，s;t_n2為第2種標準物質的測量時間，s;t₁為第1種標準物質的標準流出時間，s;t₂為第2種標準物質的標準流出時間，s;v₁為第1種標準液在校準溫度下的標準黏度值，mm²·s^-1;v₂為第2種標準液在校準溫度下的標準黏度值，mm²·s^-1。

2.1.2不確定度傳播率

2.1.3靈敏度系數

2.2標準不確定度的來源

測量過程中影響測量結果不確定度的因素很多，總的來說分為由黏度液帶來的不確定度和測量時間帶來的不確定度。由黏度液帶來的不確定為：標準黏度液帶來的不確定度，黏度液隨時間變化帶來的不確定度，恒溫槽溫度波動帶來的不確定度。測量時間帶來的不確定度為：計時器引入的不確定度，重復測量引入的不確定度。

2.2.1標準黏度液引入的相對標準不確定度

校準5#杯使用的是GBW13608和GBW13609號標準黏

度液，由黏度液的標準物質證書可知，標準黏度液的不確定為U_rel=0.33%，k=2，則由標準黏度液引入的相對標準不確定度為：

u_rel1（v₁）=u_rel1（v₂）=0.165%（8）

2.2.2標準黏度液隨時間變化引入的相對標準不確定度

由于標準黏度液成分復雜，即使在恒溫、避光的條件下保存，仍然存在揮發和氧化等現象。由經驗可知，標準黏度液隨時間的變化率約為0.2%/年，此項不確定度可視為均勻分布，則得到標準黏度液隨時間變化引入的相對標準不確定度為：

2.2.3標準黏度液隨溫度波動變化引入的相對標準不確定度

由經驗可知，當溫度在20℃±1℃，對標準黏度液的影響為Δη=±3%。依據規范要求，恒溫槽的溫度波動為±0.1℃。溫度波動對黏度液帶來的不確定度可視為均勻分布，則得到恒溫槽溫度波動帶來的相對標準不確定度為：

2.2.4重復測量引入的相對標準不確定度

依據規范要求，5#贊恩杯需要用GBW13608和GBW13609號標準黏度液重復測量2次，測量結果見表3。

采用極差法，則可得重復測量引入的相對標準不確定度為：

2.2.5計時器誤差引入的相對標準不確定度

依據規范要求，計時器秒表分辨率最大為0.1s。則由計時器引入的相對標準不確定度為：

2.3標準不確定度匯總

標準不確定度匯總情況見表4。

2.4合成標準不確定度

以上各標準不確定度分量互不相關，則合成標準不確定度為：

2.5擴展不確定度的評定

取包含因子k=2，修正系數測量結果不確定度為：

U_rel=k×U_rel=2×0.33%=0.7%（25）

2.6測量不確定度報告

修正系數校準結果的擴展不確定度為：

U_rel=0.7%，k=2（26）

3結語

本文依據JJF（遼）508—2021《贊恩杯黏度計校準規范》對贊恩杯黏度計的修正系數不確定度進行了評定，最終給出了贊恩杯黏度計修正系數的不確定度。

【參考文獻】

[1]測量不確定度評定與表示：JJF1059.1—2012[S].

[2]贊恩杯黏度計校準規范：JJF（遼）508—2021[S].