Идентификация объекта измерений
Объект измерения – лист бумаги, размером 75 x 150 мм.
Измеряемая величина – белизна (%).
Физическая модель объекта измерений – парралалепипед.
Средство измерений:
Для измерения уровня белизны используют фотометр белизны и цветовых характеристик «КОЛИР». Фотометр предназначен для измерения белизны и цветовых характеристик материалов, в том числе содержащих оптические, люминесцентные отбеливатели, для 2 и 10 град. Стандартного наблюдателя, при источниках света А, С, Д65, в спектральном диапазоне от 400 до 740 нм, при геометрии освещения и наблюдения d/0. Фотометр изображен на рис. 1.2:
|
|
Рисунок 1.2 – Фотометр белизны и цветовых характеристик «КОЛИР»
Основные метрологические характеристики:
Диапазон измерений координат цветности (x,y) для источника света А, С, Д65 по ГОСТ 7721, условные единицы:
-x- от 0,004 до 0,734;
-y- от 0,005 до 0,834
Пределы допускаемой погрешности при измерении координат цветности ± 0,02.
Диапазон измерений белизны материалов, не содержащих оптические люминесцентные отбеливатели – от 20 до 100 %.
Пределы допускаемой погрешности при измерении белизны материалов, не содержащих оптические люминесцентные отбеливатели - ± 0,5 %.
Пределы допускаемого отклонения при индикации белизны материалов, содержащих оптические люминесцентные отбеливатели - ± 1,0%.
Ниже приведена принципиальная схема, по которой построены все фотометры:
Источник света. В качестве источника света в фотометрах используются галогеновые или ксеноновые лампы.
Светофильтр. Весьма важное условие получения надежных результатов при выполнении абсорбционной фотометрии — достижение монохроматизации светового потока. Для этой цели наиболее часто применяются светофильтры
Кюветы – оптически прозрачный сосуд для измерений.
В качестве основных приемников излучения в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра применяют фотоэлементы, фотосопротивления и фотоумножители.
В современных (автоматических и полуавтоматических) фотометров регистрирующее устройство снабжено микропроцессорной системой, которая при программировании соответствующего метода исследовании, переводит соответствующий результат оптической плотности в концентрацию.
1.3 Принцип и метод измерений
Измерительная задача - белизну, %, листа бумаги размером 75x150 мм определяют путём измерения коэффициента диффузного отражения с помощью цифрового фотометра, у которого пределы допускаемой погрешности при измерении белизны материалов - 0,5 %, диапазон измерения белизны материалов, не содержащих люминесцентные оптические отбеливатели от 20 до 100 %, в нормальных условиях.
1.4 Функциональный анализ методики выполнения измерений
1) Для выполнения измерений используют фильтровый фотометр или спектроколориметр в соответствии с ИСО 2469. Удаляют отрезающий УФ-фильтр из освещающего пучка излучения.
2) Удаляют защитный лист стопы испытуемых образцов и измеряют коэффициенты энергетической яркости толстого слоя со стороны верхнего листа.
3) Перемещают испытуемый лист, на котором проведены измерения, в низ стопы. Повторяют пункт 2 до тех пор, пока не будет выполнено не менее 10 измерений. Повторяют выполнение подобных измерений на оборотной стороне листа бумаги или картона.
4) Если требуется оценка флуоресцентной компоненты, помещают отрезающий УФ - фильтр в освещающий пучок. Выполняют измерения на фильтровом колориметре или спектроколориметре в соответствии с ИСО 2469 и определяют фактор коэффициента отражения толстого слоя со стороны верхнего листа без возбуждения флуоресценции.
5) Перемещают испытуемый лист, на котором выполнены измерения, в низ стопы. Повторяют 4) до тех пор, пока не будут выполнено не менее 10 измерений. Повторяют подобные измерения на оборотной стороне бумаги или картона.
Примечание – Индекс белизны и оттенок по МКО обычно вычисляются автоматически для каждого испытуемого листа в процессе выполнения измерений. В некоторых приборах удобнее измерять индекс белизны с возбуждением флуоресценции и без него на каждом испытуемом листе, прежде чем перейти к следующему испытуемому листу. [2]
Анализ источников погрешностей измерений
Определим погрешности, возникающие при выполнении измерения. Погрешность измерения ∆ образуется в результате объединения составляющих погрешностей от различных источников.
∆си – погрешность средства измерений;
∆м – погрешность метода измерений;
∆у – погрешность условий измерений;
∆оп - субъективная погрешность.
1. К инструментальным погрешностям (∆си) относят погрешности всех применяемых в данной методике средств измерений и вспомогательных устройств. После калибровки прибора, погрешность, обусловленная отклонением от линейности, не должна превышать 0,3 % фактора коэффициента отражения.
2. К методическим погрешностям относятся (∆м) некорректной идеализации объекта и погрешности, связанные с допущениями и упрощениями. При вычислении среднего арифметического значения показателя белизны ИСО комплекта, отдельно для каждой стороны образцов бумаги, картона либо целлюлозы в процентах допускается округление до 0,05 %
3. Погрешности из-за отличия условий измерения от идеальных или от нормальных (∆у). Оговорим, что измерения будем проводить при нормальных условиях, при которых возникнут погрешности в связи с отличием влияющих физических величин от номинальных (идеальных) значений, однако они будут пренебрежимо малы по сравнению с инструментальными составляющими, следовательно, их считаем практически равными нулю.
4. Субъективные погрешности включают погрешности наведения и погрешности манипулирования (∆оп) средствами измерений и измеряемым объектом, При измерении, отсутствует погрешность считывания, т.к. результаты измерений выводятся на электронное табло.
Погрешностью манипулирования пренебрегаем (предполагаем, что никаких грубых манипуляций над СИ и объектом не происходило).
≤ [ ]
Предельная погрешность 0,5 %, а суммарная погрешность измерения составила 0,3 %. Видно, что погрешность измерения не превышает допустимой погрешности измерения, следовательно, методика выполнения измерений осуществлена корректно. Таким образом, данная методика обеспечивает необходимую точность.