徐聰恩 / 寧波市計(jì)量測(cè)試研究院

阿貝折射儀的影響因素

徐聰恩 / 寧波市計(jì)量測(cè)試研究院

介紹了阿貝折射儀的測(cè)量原理，對(duì)阿貝折射儀的兩個(gè)重要參數(shù)：折射率示值誤差和平均色散示值誤差，淺析其影響因素，并給出了測(cè)量不確定度評(píng)定。

阿貝折射儀；折射率；平均色散；測(cè)量不確定度

0　引言

折射率［1］和平均色散［2］是物質(zhì)的重要光學(xué)常數(shù)，通過這兩項(xiàng)參數(shù)可以了解物質(zhì)的純度、色散大小等光學(xué)性能。阿貝折射儀是測(cè)定透明、半透明液體或固體的折射率nD和平均色散nF-nC的重要儀器。阿貝折射儀廣泛應(yīng)用于石油、油脂、制藥、制漆、日用化工、制糖和地質(zhì)勘察等行業(yè)，成為工廠、學(xué)校和科研單位不可缺少的常用設(shè)備。

1　原理

阿貝折射儀的測(cè)量原理，是將被測(cè)試樣與一已知折射率的折射棱鏡緊貼在一起，根據(jù)光線全反射臨界角求得試樣的折射率。阿貝折射儀采用了一對(duì)直角色散棱鏡。當(dāng)儀器用白光照明時(shí)，選擇直角色散棱鏡來抵消被測(cè)試樣和折射棱鏡產(chǎn)生的綜合色散，在消色散位置得到清晰的臨界線，此時(shí)可測(cè)得D譜線的折射率nD，同時(shí)借助于它所旋轉(zhuǎn)的角度，通過色散分度圈上的讀數(shù)Z值和測(cè)得的折射率nD值，可以計(jì)算出被測(cè)試樣的平均色散nF-nC。

2　折射率示值誤差

2.1測(cè)量方法

2.1.1測(cè)量依據(jù)

JJG 625-2001《阿貝折射儀檢定規(guī)程》。

2.1.2環(huán)境條件

溫度：（20±3）℃； 相對(duì)濕度：＜ 85%。

2.1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

折射率標(biāo)準(zhǔn)塊：

2.1.4測(cè)量過程

根據(jù)檢定規(guī)程要求，白光照明，用四種標(biāo)準(zhǔn)塊和相應(yīng)的折射液分別進(jìn)行測(cè)量。每種標(biāo)準(zhǔn)塊在兩個(gè)消色散位置上各取一次折射率讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量4次，得8個(gè)折射率測(cè)得值，再取平均值，即得該標(biāo)準(zhǔn)塊的折射率測(cè)量值，該測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)塊的折射率標(biāo)準(zhǔn)值之差，即為對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)塊折射率測(cè)量的示值誤差。

2.2測(cè)量模型

2.2.1測(cè)量模型

2.2.2靈敏系數(shù)

2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的來源

2.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

以折射率標(biāo)準(zhǔn)塊F2為例，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量8次，得到測(cè)量值如下：1.612 9、1.612 9、 1.612 9、1.612 9、1.612 9、1.613 0、1.612 9、1.612 9。標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

折射率標(biāo)準(zhǔn)塊的折射率標(biāo)準(zhǔn)值由上級(jí)給出。已知折射率標(biāo)準(zhǔn)塊折射率不確定度為則由折射率標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)準(zhǔn)值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

在四種折射率標(biāo)準(zhǔn)塊中，折射率溫度系數(shù)最大的是ZF2，其值為61×10-7/℃。由于環(huán)境溫度控制為（20±3）℃，所以溫度變化引起的折射率測(cè)量變化量最大值為此項(xiàng)服從三角分布，則由于溫度變化引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量為

2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

2.6擴(kuò)展不確定度評(píng)定

阿貝折射儀折射率示值誤差的擴(kuò)展不確定度：當(dāng)取置信概率約為95%時(shí)，k = 2，即：

3　平均色散示值誤差

3.1測(cè)量方法

3.1.1測(cè)量依據(jù)

JJG 625-2001。

溫度：（20±3）℃；相對(duì)濕度：＜ 85%。

3.1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

折射率標(biāo)準(zhǔn)塊：

3.1.4測(cè)量過程

根據(jù)檢定規(guī)程要求，白光照明，用四種標(biāo)準(zhǔn)塊和相應(yīng)的折射液分別進(jìn)行測(cè)量。每種標(biāo)準(zhǔn)塊在兩個(gè)消色位置上各測(cè)量一次，重復(fù)測(cè)量4次，得8個(gè)色散分度圈讀數(shù)測(cè)得值，再取平均值，即得Z測(cè)量值。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)塊的折射率測(cè)量值和Z測(cè)量值，用附在儀器使用說明書后的色散表，查出相應(yīng)的參數(shù)A、B和δ，計(jì)算出該標(biāo)準(zhǔn)塊的平均色散測(cè)量值。該測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)塊平均色散的標(biāo)準(zhǔn)值之差，即為對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)塊平均色散測(cè)量的示值誤差。

3.2測(cè)量模型

3.2.1測(cè)量模型

為從根本上提升GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用有效性，相關(guān)工作人員應(yīng)從提高GPS測(cè)繪技術(shù)重視度入手。①認(rèn)清社會(huì)發(fā)展對(duì)工程質(zhì)量及效率提出的要求，在確保自身經(jīng)濟(jì)利益最大化的前提下積極引進(jìn)GPS測(cè)繪技術(shù)與設(shè)備[4]；②基于工程施工期間的具體特征及要求，對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行不斷的完善與革新，使其更加適應(yīng)工程測(cè)繪；③依據(jù)GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用需求，搭建起信息通訊平臺(tái)，確保測(cè)繪信息的有效傳輸。

3.2.2靈敏系數(shù)

3.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的來源

3.3.1被測(cè)阿貝折射儀的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.3.1.1測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.3.1.2分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.3.2折射率標(biāo)準(zhǔn)塊引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

3.4.1被測(cè)阿貝折射儀的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

以折射率標(biāo)準(zhǔn)塊QK1為例，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量8次，得到一組Z測(cè)量值如下：42.1、42.0、42.1、42.2、42.2、42.1、42.1、42.0。

折射率標(biāo)準(zhǔn)塊的平均色散標(biāo)準(zhǔn)值是由上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)給出的約定真值。已知折射率標(biāo)準(zhǔn)塊平均色散不確定度為則由折射率標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)準(zhǔn)值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

在四種折射率標(biāo)準(zhǔn)塊中，平均色散溫度系數(shù)最大的是ZF2，其值為24×10-7/℃。由于環(huán)境溫度控制為（20±3）℃，所以溫度變化引起的折射率測(cè)量變化量最大值為

3.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.6擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

阿貝折射儀平均色散示值誤差的擴(kuò)展不確定度：

當(dāng)取置信概率約為95%時(shí)，k = 2，即：

4　結(jié)語

本文對(duì)阿貝折射儀折射率示值誤差和平均色散示值誤差各影響因素進(jìn)行了分析，以便更準(zhǔn)確測(cè)量阿貝折射儀，有利于折射率的量值溯源及進(jìn)一步科學(xué)研究。

［1］ 《光學(xué)測(cè)量與儀器》編寫組. 光學(xué)測(cè)量與儀器［M］.北京：國防工業(yè)出版社， 1978，291-321.

［2］ 李紅霞，吳福全，范吉陽. 冰洲石晶體色散方程解析研究及折射率溫度系數(shù)表達(dá)式［J］.應(yīng)用光學(xué)，2004，25（5）:7-10.

A brief analysis of impact on Abbe refractometer

Xu Congen
（Ningbo Institute of Measurement and Testing Technology）

This paper introduces the principle of Abbe refractometer， and presents the affect of two parameters in Abbe refractometer: indication error of index of refraction and average dispersion in brief， and also alalyzes the measurement uncertainty of the results.

Abbe refractometer； index of refraction； average dispersion；measurement uncertainty