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二级标准粘度液定值的不确定度评定

类别:六速旋转粘度计   来源:六速旋转粘度计    发布时间:2025-02-05 18:06:38  浏览:1

  标准粘度计由国家标准物质研究中心检定,标准粘度计常数的不确定度如表2所示。

  根据式(4)计算不一样的牌号二级标准粘度液忽略动能修正项E/t2时引起的粘度的相对误差εE,结果列于表1中。

  由表1能够准确的看出,只有用内径为0.55 mm的标准粘度计对2#二级标准粘度液进行定值时,产生的粘度的相对误差为10-2数量级(对2#二级标准粘度液定值时一般常用直径为0.45 mm的标准粘度计,而很少使用直径为0.55 mm的标准粘度计),其它情况下都很小,因此忽略动能修正项E/t2引起的粘度的误差可完全忽略不计,即测量方法引入的不确定度可忽略不计。

  二级标准粘度液的定值是依据文献[3]进行的。依据式(2),二级标准粘度液定值的不确定度来源于:(1)测量方法引入的不确定度;(2)标准粘度计常数引入的不确定度;(3)流动时间引入的不确定度;(4)标准粘度液的不稳定性引入的不确定度。

  表3 二级标准粘度液定值不确定度分量评定汇总表不确定度分量处理方法评定类别相对标准不确定度测量方法忽略粘度计常数流动时间二级标准粘度液的不稳定性标准粘度计检定标准粘度计尺寸温度波动重力加速度直接测量流动时间计时器修正值标准粘度计倾斜恒温槽的温度波动二级标准粘度液残留空气浮力表面张力评定忽略修正评定忽略统一纳入到直接测量流动时间引入的不确定度计算中进行评定评定B类A类B类u1=0.050%~0.20%根据实际情况具体计算u2u3=0.067%

  二级标准粘度液的稳定性受其组成及贮存条件的影响。按照规定,在有效期内,二级标准粘度液的粘度可以在±0.2%内变化。因此当用户按照标准粘度液证书上的粘度值检定粘度计时,所用的粘度值可以是证书上的给定值×(1±0.2%)。计算工作粘度计常数C时,总是用给定值计算,因此会引入0.2%的误差。考虑为正态分布,在99.73%的置信概率下,k=3,则由二级标准粘度液的不稳定性引入的相对标准不确定度u3=0.2%/3=0.067%。

  从粘度计常数的表示式C=可以看出,粘度计常数C与重力加速度g成正比。因此如果标准粘度计的检定地点与使用地点不同,则标准粘度计常数C不同。这时需要用式(5)计算粘度。

  从粘度计常数的表示式C=可以看出,粘度计常数C与粘度计的尺寸(毛细管半径R、毛细管长度L、计时球体积V)有关。而粘度计是由玻璃制成的,粘度计的尺寸随时间的变化很小,因此标准粘度计尺寸随时间变化引入的不确定度可忽略不计。

  流动时间需要进行多次测量(一般是6次),流动时间引入的不确定度用A类方法做评定。

  标准粘度计倾斜会引起流动时间的变化,为此应尽量将标准粘度计调整到最佳位置,减小由于倾斜引入的不确定度。假如肉眼的分辨率为0.5°,则倾斜误差εθ=1-cosΔθ=0.004%。因此标准粘度计的倾斜引入的不确定度完全可忽略不计。

  二级标准粘度液的定值在(20± 0.01)℃下进行,在此温度变化范围内,石油产品标准液粘度的变化率为±0.03%~±0.1%,硅油产品标准液粘度的变化率为±0.03%~±0.04%。在定值时,温度一直在(20± 0.01)℃范围内波动,并不总是偏高或偏低。因此,温度对粘度的影响具有平均性。温度波动对粘度的影响也反映在流动时间的变化上,即温度偏高,粘度减少,流动时间缩短;反之,温度偏低,粘度增加,流动时间延长。因此不必对恒温槽的温度波动引入的不确定度进行单独评定,而将该不确定度评定合并到直接测量流动时间引入的不确定度评定中。

  不确定度分量u1、u2和u3之间互不相关,用公式 uc=计算合成相对标准不确定度。在95%的置信水平下, k=2,相对扩展不确定度U=kuc=2uc。

  在20℃下,用两支直径为0.95 mm的标准粘度计对20#二级标准粘度液进行定值,结果见表4。

  C——检定地点的标准粘度计常数(即检定证书上给出的常数C),mm2/s2。

  重力加速度引入的不确定度不需要评定,只是在计算粘度时进行修正即可,即用公式(5)计算粘度。

  流动时间引入的不确定度包括:(1)直接测量流动时间引入的不确定度;(2)直接测量流动时间过程中有关因素的影响,如粘度计的倾斜程度、恒温槽的温度波动、粘度液的残留、空气浮力、表面张力等引入的不确定度;(3)计时器修正值引入的不确定度。不同单位的计时器的修正值不同,但这个值一般都很小,可忽略不计。因此计时器修正值引入的不确定度可忽略不计。

  在流动时间内总有一部分二级标准粘度液残留在计时球中,引起流动时间的误差称为残留误差;由于标准粘度计中的液柱受到空气浮力的作用,使有效压差略小于表观压差而引起的误差称为空气浮力误差;当标准粘度液与被测试液的表面张力不同时,由于毛细现象,引起有效液柱高度变化而引起的误差称为表面张力误差。这三方面的误差计算公式详见文献[4]。在实际工作中,评定由这三部分误差引起的测量结果的不确定度是极其困难的,考虑到实际工作的需要及二级标准粘度液的准确度,将这三部分引入的不确定度评定合并到直接测量流动时间引入的不确定度评定中。

  粘度是表征流体粘性程度的物理量。粘度的测量依据是Hagen-Poiseuille定律[2],流体的运动粘度按式(1)计算:

  流动时间符合文献[3]中的规定,可用式(2)计算其粘度。分别计算两支标准粘度计的同列重复性 ,得同列重复性分别为0.12%、0.14%;计算两支标准粘度计的不同列重复性,得不同列重复性为0.1%,均符合文献[3]的规定。因此20#二级标准粘度液的粘度ν==19.95 mm2/s。

  Hagen-Poiseuille定律是建立在外力完全用于克服内摩擦力的基础之上,但实际上一部分外力必须用来作功以转变为管内流体的动能。严格的计算公式[3]应该为:

  在实际的粘度测量中,一般都忽略动能修正项E/t2而按照式(2)计算粘度。由于忽略动能修正项E/t2引起的粘度的相对误差εE为:

  【摘 要】简述了测量运动粘度的基本原理,根据运动粘度的计算公式,将二级标准粘度液定值的不确定度分解成测量方法引入的不确定度、标准粘度计常数引入的不确定度、流动时间引入的不确定度和标准粘度液的不稳定性引入的不确定度.通过调整、忽略、修正或评定对不确定度分量进行处理.

  标准粘度计放置在室温下以及测量温度偏离检定温度,都会使标准粘度计的尺寸发生变化,从而引起标准粘度计常数C的变化。设温度波动为ΔT,玻璃的线膨胀系数为α,则由温度波动引入的误差εT=α×ΔT。α≈9×10-6/℃,当ΔT=10℃时,εT=9×10-6×10=0.009%,而在定值温度下的温度波动只有0.01℃。因此,由温度波动引入的不确定度可忽略不计。

  粘度标准是传递粘度量值的桥梁,担负着为二级标准粘度液定值和检定工作粘度计的任务[1]。工作粘度计检定结果的准确与否直接决定着粘度测量的准确度。因此准确地对二级标准粘度液定值的不确定度做评定非常必要。目前未见对二级标准粘度液的定值进行不确定度评定的报道。笔者对二级标准粘度液定值的不确定度进行了评定,通过举例,使不确定度的评定简明扼要,计量检定员易于掌握,同时对我国粘度计量检定工作的开展具有一定的指导意义。

  20#二级标准液粘度的定值结果为:粘度ν=19.95 mm2/s,相对扩展不确定度U=0.24%。

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