發(fā)在《計(jì)量與測試技術(shù)》第9的《JJG119中術(shù)語的探討》

JJG119—2005《實(shí)驗(yàn)室pH（酸度）計(jì)》中術(shù)語的探討

The Discussion about Terms of JJG119-2005Laboratory pH Meters

黎慶輝 劉彥剛

（江西省萍鄉(xiāng)市計(jì)量所，江西 萍鄉(xiāng)337000）

摘
要
本文指出了JJG119－2005《實(shí)驗(yàn)室pH（酸度）計(jì)》中，有的電計(jì)計(jì)量性能要求術(shù)語，及其檢定方法值得探討。并給出了較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南鄳?yīng)術(shù)語，及其對應(yīng)的檢定方法。

關(guān)鍵詞
酸度計(jì)；檢定規(guī)程；術(shù)語；探討

0
引言

國家計(jì)量檢定規(guī)程是計(jì)量工作的技術(shù)法規(guī)，當(dāng)然期望盡可能準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)，但是由于各種原因，難免存在點(diǎn)滴不足。我們在執(zhí)行JJG119—2005《實(shí)驗(yàn)室pH（酸度）計(jì)》（以下簡稱規(guī)程）過程中，感覺到規(guī)程有的電計(jì)計(jì)量性能要求術(shù)語，及其檢定方法值得探討。

1
電計(jì)輸入電流

規(guī)程給出的電計(jì)輸入電流檢定方法：按圖1所示接好線。儀器溫度補(bǔ)償器放至25℃位置（或溫度補(bǔ)償器某一中間溫度點(diǎn)），調(diào)節(jié)檢定儀，使其輸出信號(hào)為pH7（或電計(jì)等電位pH值），即輸入電壓為零。記錄高阻開關(guān)K接通或斷開的情況下，電計(jì)示值的變化，重復(fù)測定三次，取平均值，按下式計(jì)算輸入電流I，A。

I=|ΔpH電流|?k ×10-3



(1)

R

式中：|ΔpH電流|——三次測量輸入電流引起電計(jì)示值

見附頁

誤差變化的平均值，取絕對值；

k——玻璃電極的理論斜率；

R——串聯(lián)電阻的阻值，Ω。

圖1 檢定原理圖

實(shí)驗(yàn)室pH（酸度）計(jì)由電極和電計(jì)組成。電極相當(dāng)于能據(jù)被測溶液的pH值不同，輸出對應(yīng)電勢的高內(nèi)阻mV電壓信號(hào)源。電計(jì)則是一有源的高輸入阻抗mV電壓表，可等效為輸入阻抗R輸入與內(nèi)阻抗無窮大的理想mV電壓表并聯(lián)，如圖1所示。從規(guī)程給出的檢定方法可以看出，實(shí)際上此時(shí)檢測的是：當(dāng)電計(jì)輸入為零時(shí)，由于其輸入端元件的失調(diào)電流在串入高阻上的壓降，并換算成電流。我們要求該性能指標(biāo)的目的：希望零輸入時(shí)的失調(diào)電流盡可能小，使得當(dāng)電計(jì)在接有電極時(shí)，上述失調(diào)電流在電極上形成的壓降盡可能小。

根據(jù)上述分析，我們認(rèn)為電計(jì)在零輸入時(shí)的失調(diào)電流，稱之為電計(jì)零輸入電流更貼切些。特別是這樣能避免與電計(jì)輸入阻抗術(shù)語的重復(fù)，因?yàn)閷τ趦x器儀表，某儀器儀表輸入電流小，與其輸入阻抗大是等效的。其檢定方法仍按規(guī)程給出的檢定方法。

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2010-9-15 19:48 上傳

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2   電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差   

規(guī)程給出的電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差定義：向電計(jì)輸入相當(dāng)于3pH單位的電位值，在電計(jì)輸入端串聯(lián)與未串聯(lián)電阻R的情況下，產(chǎn)生的電計(jì)示值變化。我們要求該性能，是希望電計(jì)的輸入阻抗足夠大，也就是希望電計(jì)輸入電流盡可能小。使得接上高內(nèi)阻的電極時(shí)，電極的內(nèi)阻上分壓盡可能小，以致對被測信號(hào)影響小。因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是一些國外進(jìn)口的酸度計(jì)，其電極性能優(yōu)越，內(nèi)阻較小，對電計(jì)的輸入阻抗要求不高。即使按規(guī)程檢定，其電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差不合格。但與其電極配套后，并不影響正常使用。所以我們建議：該項(xiàng)計(jì)量性能要求，直接用電計(jì)的輸入阻抗表示更好。檢測出電計(jì)輸入阻抗后，由使用者據(jù)有關(guān)技術(shù)資料，自己去決定能否與其電極配套使用。實(shí)際上不少正規(guī)的酸度計(jì)生產(chǎn)廠家，已經(jīng)是直接給出電計(jì)的輸入阻抗。

電計(jì)輸入阻抗可按如下方法檢測：按圖1所示接好線路。輸入pH13和pH1，分別記錄不串電阻和串入電阻時(shí)示值，重復(fù)測量三次，求出不串電阻和串入電阻時(shí)對應(yīng)示值算術(shù)平均值。按式(2)計(jì)算輸入阻抗R i，Ω。

R i= ×R           (2)

式中： ——不串電阻時(shí)，輸入pH13時(shí)示值平均值；

      ——不串電阻時(shí)，輸入pH1示值平均值；

——串入電阻時(shí)，輸入pH13時(shí)示值平均值；

——串入電阻時(shí)，輸入pH1示值平均值。



這樣還可以避免出現(xiàn)，對于同樣是因?yàn)檩斎胱杩共粔虼蟮囊慌_(tái)電計(jì)，按規(guī)程檢定，在堿端（pH13處）電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差為正，而在酸端（pH1處）電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差為負(fù)的別扭狀況。

規(guī)程給出的電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差的檢定方法為：按圖1接好線，開關(guān)K接通，高阻R短路。儀器溫度補(bǔ)償器放至25℃位置（或溫度補(bǔ)償器某一中間溫度點(diǎn)），調(diào)節(jié)檢定儀使其輸出相當(dāng)于pH等電位值+6pH單位的信號(hào)，記下電計(jì)示值 pH1。開關(guān)K斷開高阻R接通，調(diào)節(jié)檢定儀，使其輸出信號(hào)為pH7（或電計(jì)等電位值），調(diào)節(jié)電計(jì)使其示值為pH7（或電計(jì)等電位值）。再調(diào)節(jié)檢定儀使其輸出相當(dāng)于pH等電位值+6pH單位的信號(hào)，并記下電計(jì)示值pH2。上述操作重復(fù)三次，取平均值，計(jì)算輸入阻抗引起的示值誤差。

△pH阻抗= （pH1—pH2）                                          （3）

式中：△pH阻抗——電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差；

      pH1，pH2——分別為電計(jì)示值的平均值。

用同樣方法檢定輸入pH等電位值﹣6pH單位時(shí)，輸入阻抗引起的示值誤差△pH/阻抗，取△pH阻抗和△pH/阻抗中較大者作為此誤差。

我們在實(shí)際工作中遇到某電計(jì)，按規(guī)程規(guī)定方法檢定，得到表1所示數(shù)據(jù)：

表1 電計(jì)輸入阻抗引起的示值誤差檢定記錄     溫度補(bǔ)償器示值25℃

串聯(lián)電阻

/Ω
輸入的pH值

/ pH
電計(jì)示值/pH
△pH阻抗/pH
△pH/阻抗

/pH

1
2
3
平均

0
13.00
13.00
13.00
13.00
13.00
0.04
——

1.00×109
13.00
12.92
12.92
12.92
12.92

0
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
——
﹣0.04

1.00×109
1.00
1.08
1.08
1.08
1.08




3   電計(jì)溫度補(bǔ)償器引起的示值誤差   

規(guī)程給出的電計(jì)溫度補(bǔ)償器引起的示值誤差定義：在任一補(bǔ)償溫度下，當(dāng)向電計(jì)輸入與該補(bǔ)償溫度下相當(dāng)?shù)?pH單位的電位時(shí)，電計(jì)示值與實(shí)際值之差。

該項(xiàng)目要檢測的是電計(jì)溫度補(bǔ)償器給出的補(bǔ)償溫度準(zhǔn)確與否，但規(guī)程不是用對應(yīng)的溫度誤差表示，而是用補(bǔ)償溫度不準(zhǔn)確引起的pH示值誤差表示，不便于電計(jì)使用者采用檢定結(jié)果。既然是要反映電計(jì)溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償溫度準(zhǔn)確與否，不如直接用對應(yīng)的溫度誤差表示。這樣就能給使用者很直觀的概念，如果電計(jì)溫度補(bǔ)償器有多少聶氏度的誤差，當(dāng)給定補(bǔ)償溫度時(shí)，就可以將該誤差修正過來。所以我們建議該項(xiàng)計(jì)量性能要求稱為電計(jì)溫度補(bǔ)償器誤差，定義為在任一補(bǔ)償溫度下，電計(jì)溫度補(bǔ)償器的標(biāo)稱補(bǔ)償溫度或溫度補(bǔ)償器示值（前者對應(yīng)手動(dòng)、后者對應(yīng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償器）與實(shí)際補(bǔ)償溫度之差。其檢定方法如下：

3.1 電計(jì)手動(dòng)溫度補(bǔ)償器誤差的檢定

按圖1接好線路，開關(guān)K接通，高阻R短路。分別將溫度補(bǔ)償器放至25℃以外的刻度（根據(jù)需要選擇包括溫度補(bǔ)償器兩端在內(nèi)的有標(biāo)稱的刻度點(diǎn)不少于5個(gè)），在每一檢定點(diǎn)，調(diào)節(jié)檢定儀輸入該溫度t標(biāo)稱下對應(yīng)的pH等電位值+6pH單位的信號(hào)，觀察電計(jì)示值，如不為對應(yīng)的pH值，則改變檢定儀的溫度，直至電計(jì)示值為對應(yīng)的pH值，記下檢定儀此時(shí)的溫度。重復(fù)測定三次，取平均值為t實(shí)際。并按式（4）計(jì)算該檢定點(diǎn)的電計(jì)溫度補(bǔ)償器誤差△t，℃。

△t=t標(biāo)稱–t實(shí)際                                                     （4）

3.2 電計(jì)自動(dòng)溫度補(bǔ)償器誤差的檢定

按圖1接好線路，開關(guān)K接通，高阻R短路。將溫度探頭放至恒溫水浴槽中，將恒溫水浴調(diào)至25℃以外的溫度（根據(jù)需要選擇包括溫度補(bǔ)償器兩端在內(nèi)的有標(biāo)稱的刻度點(diǎn)不少于5個(gè)），設(shè)定恒溫水浴槽溫度為某檢定點(diǎn)的溫度，待溫度穩(wěn)定后記為t示值，調(diào)節(jié)檢定儀輸入該溫度t示值下對應(yīng)的pH等電位值+6pH單位的信號(hào)，觀察電計(jì)示值，如不為對應(yīng)的pH值，則改變檢定儀的溫度，直至電計(jì)示值為對應(yīng)的pH值，記下檢定儀此時(shí)的溫度。重復(fù)測定三次，取平均值為t實(shí)際。并按式（5）計(jì)算該檢定點(diǎn)的電計(jì)溫度補(bǔ)償器誤差△t，℃。

△t=t示值–t實(shí)際                                                    （5）

其實(shí)不少酸度計(jì)生產(chǎn)廠家，在產(chǎn)品技術(shù)資料中，該項(xiàng)計(jì)量性能指標(biāo)已經(jīng)是用電計(jì)溫度補(bǔ)償器誤差給出。

關(guān)于溫度補(bǔ)償器性能的檢定，我們覺得在進(jìn)行具體某個(gè)標(biāo)稱溫度刻度點(diǎn)的溫度補(bǔ)償器誤差檢定之前，如下的溫度補(bǔ)償器功能檢驗(yàn)是必要的。按圖1接好線路，開關(guān)K接通，高阻R短路。調(diào)節(jié)檢定儀，使其輸出信號(hào)為pH7。將電計(jì)溫度補(bǔ)償器放至25℃位置。調(diào)節(jié)“定位”旋鈕使電計(jì)示值為pH7（或電計(jì)等電位值）。具有斜率調(diào)節(jié)的電計(jì)，將該調(diào)節(jié)器放至100%位置。將溫度補(bǔ)償器在其上限和下限之間旋動(dòng)，此時(shí)電計(jì)示值的變化應(yīng)不超過分度（或最小顯示值）。上述給出的是電計(jì)手動(dòng)溫度補(bǔ)償器，在進(jìn)行具體標(biāo)稱溫度刻度點(diǎn)的溫度補(bǔ)償器誤差檢定之前的功能檢驗(yàn)方法。對于電計(jì)自動(dòng)溫度補(bǔ)償器，可參照上述方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償器功能檢驗(yàn)。否則當(dāng)我們遇到如下情況，也無法據(jù)規(guī)程判該0.01級(jí)電計(jì)不合格。

該電計(jì)在25℃對電計(jì)標(biāo)定后，檢定溫度補(bǔ)償器引起的示值誤差情況如表2所示：









表2 電計(jì)溫度補(bǔ)償器引起的示值誤差檢定記錄

溫溫補(bǔ)償器示值/℃
輸入的pH值

/ pH
電計(jì)示值/pH
誤差

/ pH
數(shù)據(jù)處理后/ pH

1
2
3
平均

0
13.00
13.01
13.01
13.01
13.01
0.005
0.00

15
13.00
13.00
13.00
13.00
13.00
0.00
0.00

30
13.00
13.00
13.00
13.00
13.00
0.00
0.00

45
13.00
12.99
12.99
12.99
12.99
﹣0.005
﹣0.00

60
13.00
12.98
12.98
12.98
12.98
﹣0.01
﹣0.01




實(shí)際上該電計(jì)在25℃對電計(jì)標(biāo)定后，當(dāng)溫度補(bǔ)償器設(shè)置不同溫度時(shí)，已出現(xiàn)了如表3所示影響正常使用的情況。



表3  在25℃對該電計(jì)標(biāo)定后溫度補(bǔ)償器設(shè)置不同溫度時(shí)示值

溫度補(bǔ)償器

標(biāo)稱溫度/℃
輸入0.00pH時(shí)的

示值/pH
輸入6.00 pH時(shí)的

示值/pH

0
7.01
13.01

15
7.00
13.00

30
7.00
13.00

45
6.99
12.99

60
6.98
12.98




4    結(jié)語

     準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟o出被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能要求術(shù)語，不僅能使計(jì)量檢定人員，更好地理解和執(zhí)行相應(yīng)的檢定項(xiàng)目，而且能使計(jì)量器具的使用者更好地利用計(jì)量檢定人員出具的檢定證書，充分發(fā)揮計(jì)量器具的作用。



參考文獻(xiàn)

[1]JJG119-2005《實(shí)驗(yàn)室pH(酸度計(jì))計(jì)》.

[2]JJG119-1984《實(shí)驗(yàn)室pH(酸度計(jì))計(jì)》.

[3]JJG757-2007《離子計(jì)》.

什么是電計(jì)？