JJG 981-2014 阿贝折射仪标准块-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G9 8 12 0 1 4阿贝折射仪标准块S t a n d a r dB l o c k s f o rA b b eR e f r a c t o m e t e r s 2 0 1 4-0 2-1 4发布2 0 1 4-0 8-1 4实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局阿贝折射仪标准块检定规程V e r i f i c a t i o nR e g u l a t i o no fS t a n d a r dB l o c k sf o rA b b eR e f r a c t o m e t e r sJ J G9 8 12 0 1 4代替J J G9 8 12 0 0 3 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:中国测试技术研究院长春市金龙光电科技有限责任公司 本规程委托全国光学计量技术委员会负责解释J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局本规程主要起草人:刘文丽(中国计量科学研究院)杨 磊(中国计量科学研究院)参加起草人:李 飞(中国计量科学研究院)李晓滨(中国测试技术研究院)徐闻檑(长春市金龙光电科技有限责任公司)J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)3.1 折射率(1)3.2 色散(1)3.3 阿贝数(1)3.4 阿贝折射仪(1)3.5 V棱镜折射仪(2)4 概述(2)5 计量性能要求(2)5.1 标准块折射率值(2)5.2 标准块平均色散值(3)6 通用技术要求(3)6.1 外观(3)6.2 维护保养(3)6.3 几何参数(3)7 计量器具控制(3)7.1 检定条件(3)7.2 检定项目(4)7.3 检定方法(4)7.4 检定结果的处理(6)7.5 检定周期(6)附录A 常用折射液的折射率及配制方法(7)附录B 阿贝折射仪标准块检定原始记录推荐格式(8)附录C 阿贝折射仪标准块检定证书、检定结果通知书(内页)推荐格式(1 0)附录D 折射率(nD)测量结果的不确定度评定(1 1)附录E 平均色散(nF-nC)测量结果的不确定度评定(1 4)J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局引 言本规程是在J J G9 8 12 0 0 3的基础上,参照J J F1 0 0 22 0 1 0 国家计量检定规程编写规则重新修订的。与J J G9 8 12 0 0 3相比,除按照J J F1 0 0 22 0 1 0所作的章节构成和格式上的修改外,主要技术变化如下:增加了引用文件(见第2章);增加了术语(见第3章);增加了计量器具控制里关于“玻璃材料折射率标准块”的要求(见7.1.1.4);修改了检定方法的测量顺序(见7.3.3);增加了检定方法中读取V棱镜折射仪实时修正值d的要求(见7.3.3.5);修改了检定原始记录推荐格式(见附录B);调整了附录的顺序。本规程的历次版本发布情况为:J J G9 8 12 0 0 3。J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局阿贝折射仪标准块检定规程1 范围本规程适用于阿贝折射仪标准块的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用下列文件:J J G6 2 52 0 0 1 阿贝折射仪J J G8 6 32 0 0 5 V棱镜折射仪G B7 9 6 2.12 0 1 0 无色光学玻璃测试方法 第1部分:折射率和色散系数G B/T2 6 3 9 72 0 1 1 眼科光学 术语凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。3 术语以下术语和定义适用于本规程。3.1 折射率n()r e f r a c t i v e i n d e x电磁波在真空中的速度与不同波长的单色辐射波在媒质中的相应速度之比。注:1 实际应用中,用空气中的速度代替真空中的速度。2 光学材料的折射率通常用氦黄线d(波长为5 8 7.5 6n m)的折射率nd或汞绿线e(波长为5 4 6.0 7n m)的折射率来表示。3.2 色散 d i s p e r s i o n波长不同的单色辐射波在媒质中的折射率由于波长的不同而变化的现象。3.3 阿贝数vd A b b en u m b e r又称色散系数,是表征光学材料色散现象的一种数学表达式,一般用vd=nd-1nF-nC或ve=ne-1nF-nC 来表示。注:1 nd为氦黄线d(波长为5 8 7.5 6n m)的折射率;nF为氢蓝线F(波长为4 8 6.1 3n m)的折射率;nC为氢红线C(波 长为6 5 6.2 7n m)的 折 射 率。ne为 汞 绿 线e(波 长为5 4 6.0 7n m)的折射率;nF 为镉蓝线F(波长为4 7 9.9 9n m)的折射率;nC 为汞红线C(波长为6 4 3.8 5n m)的折射率。2(nF-nC)称做平均色散,也叫中部色散。3.4 阿贝折射仪 A b b er e f r a c t o m e t e r利用全反射临界角的原理,测定透明、半透明液体或固体的折射率(nD)和平均色散(nF-nC)的仪器。其配备的校准样块称为工作样块。注:nD为钠黄线D(波长为5 9 8.3 0n m)的折射率。1J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局3.5 V棱镜折射仪 V-p r i s mr e f r a c t o m e t e r利用立式精密测角仪采用V棱镜法测量折射率的一种仪器。4 概述阿贝折射仪标准块(以下简称标准块)是用来检定阿贝折射仪的计量标准器具。标准块组由轻冕玻璃QK 1、冕玻璃K 9、火石玻璃F 2、重火石玻璃Z F 2四种优质光学玻璃材料加工制成的长方形块组成。光学玻璃材料折射率的测量主要有精密测角法、V棱镜折射法、阿贝折射法及浸液法。本规程采用V棱镜折射法。利用V棱镜折射仪,采用比较测量法,对标准块组的各三条谱线的折射率进行测量。用D谱线测得折射率nD值,用F谱线与C谱线测得的nF与nC值之差即为平均色散(nF-nC)值。如需测量其他谱线的折射率(如ne)值,则应采用相应的谱线(如汞灯中的e线)。V棱镜折射法测量原理如下:如图1所示,当单色平行光束垂直入射到V棱镜后,经V棱镜和样品的多次折射,出射光线发生偏折。根据折射定律,按式(1)计算样品的折射率n:n=(n20+s i n n20-s i n2)1/2(1)式中:n 被测试样的折射率;n0 V棱镜光学玻璃的折射率;光束从V棱镜最后一面出射的偏折角。注:当n=n0时,=0;当nn0时,为正值;当nn0时,为负值。图1 测量原理图5 计量性能要求5.1 标准块折射率值2J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局标准块折射率(nD)值的测量不确定度不应超过51 0-5(k=3)。5.2 标准块平均色散值标准块平均色散(nF-nC)值的测量不确定度不应超过71 0-5(k=3)。6 通用技术要求6.1 外观标准块材料牌号分别为QK 1、K 9、F 2、Z F 2,块体上应清晰标注牌号,无目视可见的条纹、麻点、开口气泡、破点及破边、霉斑、明显影响测量精度的划痕等缺陷。6.2 维护保养标准块应避免与酸、碱、油脂等腐蚀性物质接触,特别是不得用手接触标准块抛光面,使用完毕后应立即用脱脂棉或脱脂纱布蘸少许无水酒精与乙醚的混合液擦拭干净,存放在干燥器皿中。6.3 几何参数标准块几何形状见图2,其中边长a、h应不小于1 1mm,边长L应不小于1 5mm。标准块两面抛光,两抛光面夹角为直角,误差在1 以内。图2 阿贝折射仪标准块简图7 计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检查。7.1 检定条件7.1.1 检定设备7.1.1.1 V棱镜折射仪折射率最大允许误差31 0-5。7.1.1.2 光源钠灯、氢灯、6 0W普通白炽灯;D谱线、F谱线、C谱线滤光片。7.1.1.3 折射液各种折射液的折射率与各V棱镜光学玻璃的折射率n0之差不超过0.0 1,与各被测标准块的折射率之差不超过0.0 1 5,常用折射液的折射率及配制方法见附录A。7.1.1.4 玻璃材料折射率标准块玻璃材料折射率标准块(以下简称棱镜标准块)的外形为三角形棱镜,材料牌号分别为QK 1、K 9、F 2、Z F 2,折射率量值的不确定度U=51 0-6(k=3)。7.1.2 配套设备3J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局7.1.2.1 不小于4倍的放大镜。7.1.2.2 测角仪允许误差为6。7.1.2.3 毫米分度直尺。7.1.3 环境条件7.1.3.1 温度:(2 01)。将检定设备和被检的标准块置于恒温室4h后方可进行检定。7.1.3.2 相对湿度:8 5%。7.2 检定项目检定项目见表1。表1 检定项目检定项目首次检定后续检定使用中检查外观+几何参数+-标准块折射率(nD)值+标准块平均色散(nF-nC)值+-注:凡需检定的项目用“+”表示,不需检定的项目用“-”表示。7.3 检定方法7.3.1 外观检查以黑色屏幕为背景,光源为6 0 W普通白炽灯,用放大镜目测观察标准块,按照6.1所列情况进行检定。7.3.2 几何参数检查按照6.3要求,用测角仪测量各标准块的直角角误差,用直尺测量其几何尺寸。7.3.3 标准块折射率(n)值的测量7.3.3.1 读取07.3.3.1.1 在V棱镜折射仪上选放一块适合的V棱镜(即V棱镜光学玻璃的折射率n0与被测样块折射率n之差不超过0.2,如测QK 1、K 9块时选用K 5的V棱镜,测F 2、Z F 2块时选用Z F 1的V棱镜)及其相应的校正用配对直角块(以下简称直角块),用脱脂棉或脱脂纱布蘸少许无水酒精与乙醚的混合液擦净V棱镜及直角块的通光面,将直角块通光面涂上少许折射液,此折射液的折射率与V棱镜光学玻璃的折射率n0之差不超过0.0 1,放入V棱镜的V槽内,仔细贴置,排除其间气泡。7.3.3.1.2 接通钠灯光源及读数系统照明光源,选配D滤光片,稍隔几分钟,待亮度保持稳定,开始工作,进行D谱线的测量。7.3.3.1.3 调节仪器的聚光镜位置,使光线均匀地充满狭缝。7.3.3.1.4 调节仪器的望远系统目镜,直至在视场中看清双分线及狭缝单丝像。转动望远镜管并利用微动手轮使狭缝单丝像精确地平分双分线。再用测微手轮使读数目镜视场内的单刻线平分双刻线,读取角度值,即为D谱线的0 D。4J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局7.3.3.1.5 接通氢灯光源,分别选配F、C滤光片,重复7.3.3.1.3和7.3.3.1.4的步骤,分别读出F谱线、C谱线0 F和0 C。7.3.3.1.6 取下直角块,用脱脂棉蘸酒精乙醚混合液擦净直角块和V槽。7.3.3.2 读取17.3.3.2.1 将被测样块的两抛光面用脱脂棉蘸酒精乙醚混合液擦拭干净,涂上少许折射液(此折射液与被测样块的折射率差不应超过0.0 1 5),放入V棱镜的V槽内,仔细贴置,排除其间气泡。7.3.3.2.2 用钠光光源加D滤光片照明,重复7.3.3.1.3和7.3.3.1.4的步骤,读取角度值,即为D谱线1 D。7.3.3.2.3 接通氢灯光源,分别选配F、C滤光片,重复7.3.3.1.3和7.3.3.1.4的步骤,分别读取角度值,即得F谱线、C谱线的1 F和1 C。7.3.3.3 计算偏折角按式(2)计算出被测样块相应谱线的偏折角:=1-0(2)对应D、F、C三条谱线有:D=1 D-0 DF=1 F-0 FC=1 C-0 C7.3.3.4 计算被测样块折射率的三次测量平均值nD、nF、nC对D、F、C三条谱线中的每一条谱线,重复7.3.3.1、7.3.3.2和7.3.3.3的步骤3次,并根据V棱镜折射仪使用说明书,查出相应的n0 D、n0 F、n0 C,按式(1)依次计算出相应谱线的折射率测量值;取3次测量的折射率平均值,即得被测样块折射率在该谱线下的折射率3次测量平均值,对应D、F、C三条谱线,可得nD、nF、nC。7.3.3.5 读取V棱镜折射仪实时修正值d将棱镜标准块作为被测样块,首先采用钠灯光源和D滤光片,进行D谱线的测量,依次按7.3.3.1、7.3.3.2、7.3.3.3和7.3.3.4进行,即得棱镜标准块折射率的3次测量平均值nmD。再采用氢灯光源,分别选配F、C滤光片,与D谱线的测量相同,则可得nm F、nmC。按式(3)计算出该V棱镜折射仪实时修正值d:d=ns-nm(3)式中:d V棱镜折射仪实时修正值;ns 棱镜标准块的折射率标准值;nm 棱镜标准块折射率3次测量平均值。对应D、F、C三条谱线,分别有三个V棱镜折射仪实时修正值dD、dF和dC。7.3.3.6 各标准块折射率nD、nF、nC实际值的测量将各标准块作为被测样块,按7.3.3.17.3.3.4对D、F、C三条谱线进行测量,可得标准块折射率的3次测量平均值nD、nF、nC。5J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局再加上V棱镜折射仪在各标准块的各谱线检定点处的实时修正值,即得出nD、nF、nC的实际值。7.3.4 计算标准块平均色散(nF-nC)值nF的实际值与nC的实际值之差,即为平均色散(nF-nC)。7.4 检定结果的处理7.4.1 根据7.2的规定进行检定,把所得各项数据参照附录B中的表格记录,并计算结果。各项均符合本规程要求的,判定为合格,否则为不合格。合格的标准块发给检定证书;不合格的发给检定结果通知书,并注明不合格项。7.4.2 给出标准块折射率(nD)的测量不确定度、平均色散(nF-nC)的测量不确定度。7.5 检定周期检定周期一般不超过1年。6J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局附录A常用折射液的折射率及配制方法 根据被测液体折射率的概略值,在常用折射液表中选择两种折射率的液体,用体积比法配制。V1V2=n2-n0n0-n1(A.1)n0=V2n2+V1n1V1+V2(n1n0n2)(A.2)式中:n0 所需配制液体的折射率;n1 第一种液体的折射率;n2 第二种液体的折射率;V1 第一种液体的体积;V2 第二种液体的体积。在体积比法的基础上,用阿贝折射仪测定所配液体的折射率n0,根据差值n0-n0再进一步配制折射液,使之所配制的折射液的折射率与光学玻璃标准块的折射率标准值之差符合规程要求。常用折射液的折射率概略值见表A.1。表A.1 常用折射液的折射率概略值折射液名称折射率(nD)概略值甘油1.4 6 0液体石蜡1.4 8 0水杨酸甲酯1.5 3 7-溴代萘(C1 0H7B r)1.6 5 6二碘甲烷(CH2I2)1.7 4 1二碘甲烷加硫磺饱和液1.7 8 7溴化硒(S e2B r2)1.9 6 0 注:-溴代萘有腐蚀性,二碘甲烷有毒性。7J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局书 书 书?8J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局书 书 书?9J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局附录C阿贝折射仪标准块检定证书、检定结果通知书(内页)推荐格式C.1 检定证书(内页)格式材料折射率(nD)折射率(nF)折射率(nC)平均色散(nF-nC)QK 1K 9F 2Z F 2 外观:几何参数:折射率(nD)的测量不确定度:平均色散(nF-nC)的测量不确定度:C.2 检定结果通知书(内页)格式要求同上,指出不合格项目。01J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局附录D折射率(nD)测量结果的不确定度评定 根据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示的要求,以一套阿贝折射仪标准块为例,用V棱镜折射仪测得QK 1、K 9、F 2、Z F 2等四种标准块的折射率(nD)实际值。一般来说由于Z F 2标准块的折射率(nD)的测量不确定度最大,所以,标准块的折射率(nD)的测量不确定度以Z F 2标准块的折射率(nD)的测量不确定度为代表加以评定即可。其中评定内容包括不确定度来源、分类以及不确定度合成等。D.1 测量过程按本规程规定的相关步骤,用V棱镜折射仪测得Z F 2标准块的3个折射率(nD)测量值,取平均后加上V棱镜折射仪在此检定点的修正值,获得Z F 2标准块的折射率(nD)实际值。D.2 测量模型建立测量模型:b=a+d 式中:b 标准块折射率实际值;a V棱镜折射仪测得的标准块折射率3次测量平均值;d V棱镜折射仪的实时修正值。灵敏系数:ba=bd=b=1注:为温度变化造成的折射率变化量。分量标准不确定度:u1=u(a)u2=u(d)u3=u()a、d、相互独立,则:uc=u12+u22+u32D.3 分量标准不确定度分析D.3.1 a的测量标准不确定度D.3.1.1 由V棱镜折射仪的测量重复性带来的测量不确定度(A类评定)选用一套稳定的阿贝折射仪标准块,依照规程规定的方法步骤,用V棱镜折射仪对Z F 2标准块折射率(nD)进行6次重复测量。例如6次测量值为:1.6 7 24 9 4,1.6 7 24 8 4,1.6 7 24 9 1,1.6 7 24 8 1,1.6 7 24 8 6,1.6 7 24 9 3。利用贝塞尔公式计算样本的单次测量实验标准差(n=6):在实际检定工作中,要求每个点检定3次,得到测量3次平均值的实验标准差为:11J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局s=(xi-x)2n-1=5.31 0-6s/3=3.11 0-6 则:u(a1)=3.11 0-6D.3.1.2 由V棱镜折射仪的折射率估读精度带来的测量标准不确定度(B类评定)V棱镜折射仪其折射率的估读精度为11 0-5,其均匀分布的区间为-11 0-5,+11 0-5,由此可得到由V棱镜折射仪其折射率的估读精度引起的标准不确定度为11 0-5/3=5.7 71 0-6,则:u(a2)=5.7 71 0-6D.3.1.3 a的测量标准不确定度u(a)=u2(a1)+u2(a2)=(3.11 0-6)2+(5.7 71 0-6)2=6.61 0-6 即:u1=u(a)=6.61 0-6D.3.2 d的测量标准不确定度修正值的公式:d=ds-dm式中:d V棱镜折射仪实时修正值;ds 棱镜标准块的折射率标准值;dm 棱镜标准块折射率3次测量平均值。D.3.2.1 棱镜标准块的折射率标准值ds带来的测量标准不确定度(B类评定)根据玻璃材料折射率标准装置的公用计量标准证书可知:u(ds)=51 0-6/3=1.71 0-6D.3.2.2 棱镜标准块折射率3次测量平均值dm带来的测量标准不确定度与a的测量标准不确定度同理,可得:u(dm)=7.51 0-6D.3.2.3 d的测量标准不确定度u(d)=u2(ds)+u2(dm)=(1.71 0-6)2+(7.51 0-6)2=7.71 0-6 即:u2=u(d)=7.71 0-6D.3.3 的测量标准不确定度由于温度变化对标准块折射率造成影响。在四种标准块中,折射率(nD)温度系数最大的是Z F 2,其数值为6 11 0-7。由于检定环境温度控制为(2 01),所以温度变化引起的折射率测量变化量最大值为6 11 0-71=6.11 0-6。此项服从三角分布,取其k=6,则由于温度变化引入的标准不确定度为:u()=6.11 0-6/6=2.4 91 0-6 即:u3=u()=2.51 0-6D.4 折射率(nD)合成标准不确定度以上分量相互独立,故合成标准不确定度uc:21J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局uc=u12+u22+u32=1.0 41 0-5D.5 折射率(nD)扩展不确定度标准块的折射率(nD)实际值的测量不确定度U等于合成标准不确定度与包含因子k=3之积:U=k uc=31.0 41 0-5=3.21 0-5(k=3)即标准块的折射率(nD)实际值的测量不确定度U=3.21 0-5(k=3)。该项扩展不确定度U=3.21 0-5(k=3),符合本规程对标准块的折射率(nD)实际值的测量不确定度要求小于51 0-5(k=3)的规定。31J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局附录E平均色散(nF-nC)测量结果的不确定度评定根据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示的要求,以一套阿贝折射仪标准块为例,用V棱镜折射仪测得QK 1、K 9、F 2、Z F 2等四种标准块的折射率(nF)、(nC)实际值。平均色散(nF-nC)为折射率(nF)实际值与折射率(nC)实际值之差。一般来说由于Z F 2标准块的平均色散(nF-nC)实际值的测量不确定度最大,所以,标准块的平均色散(nF-nC)的测量不确定度以Z F 2标准块的平均色散(nF-nC)的测量不确定度为代表加以评定即可。其中评定内容包括不确定度来源、分类以及不确定度合成等。E.1 测量过程按本规程规定的相关步骤,用V棱镜折射仪测得Z F 2标准块的3个折射率(nF)测量值、3个折射率(nC)测量值,各自取平均后加上V棱镜折射仪在各检定点的修正值,获得Z F 2标准块的折射率(nF)实际值、折射率(nC)实际值。折射率(nF)实际值与折射率(nC)实际值之差即为平均色散。E.2 测量模型建立测量模型:(nF-nC)=nF-nC 式中:(nF-nC)标准块平均色散值;nF V棱镜折射仪测得的标准块折射率(nF)实际值;nC V棱镜折射仪测得的标准块折射率(nC)实际值。灵敏系数:(nF-nC)nF=-(nF-nC)nC=1分量标准不确定度为u(nF)与u(nC),nF、nC相互独立,则:u(nF-nC)=u2(nF)+u2(nC)E.3 分量标准不确定度分析E.3.1 标准块折射率(nF)实际值的标准不确定度分析依照折射率(nD)的标准不确定度评定方法的步骤,评定出折射率(nF)的u(a)、u(d)、u(),合成标准不确定度u(nF)。u1=u(a)=8.51 0-6u2=u(d)=7.51 0-6 此时关于的测量标准不确定度中,Z F 2标准块的折射率(nF)温度系数最大,其数值为7 81 0-7。则由于温度变化引入的标准不确定度为:u3=u()=7.81 0-6/6=3.1 81 0-641J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局 从而计算得出:u(nF)=u12+u22+u32=1.21 0-5E.3.2 标准块折射率(nC)实际值的标准不确定度分析依照折射率(nD)的标准不确定度评定方法的步骤,评定出折射率(nC)的u(a)、u(d)、u(),合成标准不确定度u(nC)。依照折射率(nD)的标准不确定度评定方法的步骤,评定出折射率(nC)的u(a)、u(d)、u(),合成标准不确定度u(nC)。u1=u(a)=7.11 0-6u2=u(d)=8.21 0-6 此时关于的测量标准不确定度中,Z F 2标准块的折射率(nC)温度系数最大,其数值为5 41 0-7。则由于温度变化引入的标准不确定度为:u3=u()=5.41 0-6/6=2.21 0-6 从而计算得出:u(nC)=u12+u22+u32=1.11 0-5E.4 平均色散的合成标准不确定度u(nF-nC)=u2(nF)+u2(nC)=1.6 31 0-5E.5 平均色散的扩展不确定度平均色散的扩展不确定度U等于合成标准不确定度与包含因子k=3之积:U=k uc=3u2(nF)+u2(nC)=4.91 0-5(k=3)平均色散的扩展不确定度符合本规程对标准块的平均色散实际值的测量不确定度要求小于71 0-5(k=3)的规定。51J J G9 8 12 0 1 4市场监管总局市场监管总局