JJG 512-2021白度计-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G5 1 22 0 2 1白 度 计W h i t e n e s sM e t e r s 2 0 2 1-0 7-2 8发布2 0 2 2-0 1-2 8实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局白度计检定规程V e r i f i c a t i o nR e g u l a t i o no fW h i t e n e s sM e t e r sJ J G5 1 22 0 2 1代替J J G5 1 22 0 0 2 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山东省计量科学研究院浙江省计量科学研究院 参加起草单位:江苏省计量科学研究院陕西省计量科学研究院江西省计量科学研究院 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:马 煜(中国计量科学研究院)孔 炜(山东省计量科学研究院)马 瑶(浙江省计量科学研究院)参加起草人:张 帆(江苏省计量科学研究院)李 奕(陕西省计量科学研究院)杨禹哲(江西省计量科学研究院)陈 苹(中国计量科学研究院)J J G5 1 22 0 2 1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 术语和计量单位(1)4 概述(1)5 计量性能要求(2)5.1 工作白板(2)5.2 白度计(2)6 通用技术要求(3)7 计量器具控制(3)7.1 检定条件(3)7.2 检定项目(3)7.3 检定方法(4)7.4 检定结果的处理(5)7.5 检定周期(5)附录A 原始记录格式(6)附录B 白度计检定证书(内页)格式(7)附录C 测量结果的不确定度评定示例(8)附录D 国际照明委员会(C I E)规定的色度测量仪器的几何条件(1 0)附录E 几种常用的白度计算公式(1 2)J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局引 言 J J F1 0 0 2 国家计量检定规程编写规则、J J F1 0 0 1 通用计量术语及定 义、J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示、J J F1 0 3 2 光学辐射计量名词术语及定义共同构成支撑本规程修订工作的基础性系列规范。本规程代替J J G5 1 22 0 0 2 白度计,与J J G5 1 22 0 0 2相比,除编辑性修改外主要技术变化如下:更改了引用文件;更改了术语;概述部分增加了示意图;在计量性能要求中,增加了标准级白度计及性能指标;在计量器具控制中,检定工作白板的设备中增加了标准级白度计;检定白度计的系列标准白板由原来规定的一组2块增加到一组4块,并对其在3 8 0n m7 8 0n m范围内的平均辐亮度因数进行了修改,增加了对相邻系列标准白板的平均辐亮度之差的规定;检定项目中去掉了“光源的检查”;检定方法中增加了使用标准级白度计检定工作白板白度值的方法;使用一组4块的系列标准白板的测量结果计算示值误差,每块标准白板重复测量次数由6次修改为3次;重复性测量中,测量次数由6次修改为8次;修改了附录A“原始记录格式”;修改了附录B“白度计检定证书(内页)格式”;修改了附录C“测量结果的不确定度评定示例”;增加了附录D“国际照明委员会(C I E)规定的色度测量仪器的几何条件”;修改了附录E“几种常用的白度计算公式”。本规程的历次版本发布情况为:J J G5 1 21 9 8 7;J J G5 1 22 0 0 2。J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局白度计检定规程1 范围本规程适用于新制造、使用中和修理后的光电积分式蓝光白度计(以下简称白度计或仪器)的首次检定、后续检定和使用中检查。光谱光度式白度计的检定可参考本规程。本规程不适用于荧光白度计或白度计的荧光测量结果的检定。2 引用文件本规程引用了下列文件:J J G1 7 82 0 0 7 紫外、可见、近红外分光光度计J J G4 5 32 0 0 2 标准色板J J G5 9 52 0 0 2 测色色差计G B/T3 9 7 82 0 0 8 标准照明体和几何条件G B/T3 9 7 92 0 0 8 物体色的测量方法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 术语和计量单位3.1 白度 w h i t e n e s s对高(光)反射比和低色纯度的漫射表面色特性的度量,单位为1。3.2 蓝光白度 b l u ew h i t e n e s s仪器的相对光谱分布函数(光源、光学系统、探测系统三者的综合光谱响应)的有效峰值波长在4 5 7n m处、半宽度为4 4n m时对反射样品测量的结果。注:1 蓝光白度的计算公式见附录E中E.1。2 无特别说明时,本规程各条文中出现的“白度”即指蓝光白度;蓝光白度通常用Wb或R4 5 7表示,本规程中以简化的“W”表示蓝光白度(附录E的E.1和E.2除外)。3.3 辐亮度因数 r a d i a n c e f a c t o r非自发辐射的介质面元在指定方向上的辐亮度与相同照射条件下理想漫反射体的辐亮度之比。符号为e或,单位为1。4 概述白度计由光源、光学系统、探测系统、数据处理与显示系统等组成,一般配有黑筒和工作白板。白度计经黑筒和工作白板分别校准零点和白度量值后,测量样品的白度值。图1是几何条件为漫射8(符号为d e 8 或d i 8)的白度计光学原理示意图;1J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局图2是几何条件为4 5 单方向/垂直(符号为4 5 x0)的白度计光学原理示意图。图1 漫射8 几何条件白度计光学原理示意图图2 4 5 单方向/垂直几何条件白度计光学原理示意图5 计量性能要求5.1 工作白板仪器应配备工作白板,并须经国家计量部门检定合格且在检定周期内,其白度值应大于8 0。5.2 白度计白度计分3个级别,各级白度计的计量性能应满足表1的要求。表1 计量性能要求级别零点漂移示值稳定性示值误差重复性标准级0.10.20.50.1一级0.10.21.00.1二级0.30.52.50.22J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局6 通用技术要求6.1 仪器不应有影响正常使用的缺陷。6.2 仪器的调节部分应灵活可靠,无卡滞和松动现象。6.3 仪器的电气零部件应接触良好,牢固可靠,显示数字清晰完整。6.4 仪器的探头与样品台接触面应平整严密,无漏光现象,有多种滤光器插件的白度计,其滤光器的插换应方便可靠,功能标记明确。6.5 工作白板表面应平整、清洁、不透明,无裂痕、皱纹等缺陷。6.6 仪器应有如下标记:仪器名称、型号、编号、制造厂及生产日期。7 计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定以及使用中检查。7.1 检定条件7.1.1 检定设备7.1.1.1 检定工作白板的设备a)检定工作白板白度值的设备应优先使用与被检白度计几何条件相同的分光光度计或光谱测色仪。仪器应具备反射测量能力且经上级计量部门检定,符合J J G1 7 82 0 0 7对级或级分光光度计的规定,几何条件符合G B/T3 9 7 82 0 0 8的规定。b)不具备7.1.1.1a)中规定的设备时,可使用与被检白度计几何条件相同的标准级白度计检定工作白板的白度值。仪器的计量性能应符合表1对标准级白度计的要求。注:1 进行仲裁检定时,应选用7.1.1.1a)规定的设备。2 同时具备7.1.1.1a)和7.1.1.1b)规定的设备时,应优先选用7.1.1.1a)规定的设备。7.1.1.2 系列标准白板系列标准白板由1组4块标准白板组成,表面应均匀、漫射,在3 8 0n m7 8 0n m范围内的平均辐亮度因数应分别为9 0%9 9%、8 0%8 9%、7 0%7 9%和6 0%6 9%,且相邻系列标准白板的平均辐亮度之差大于5%。本规程中用X-1,X-2,X-3,X-4分别表示上述4块系列标准白板。系列标准白板须经上一级授权的国家计量部门检定合格,蓝光白度R4 5 7的测量不确定度等于或优于U=2.0,k=2。7.1.2 环境条件7.1.2.1 温度:(2 35);相对湿度:8 0%。7.1.2.2 电源电压:(2 2 02 2)V;频率:(5 01)H z。7.1.2.3 实验室内应无强电磁场干扰、无强烈振动,被检白度计应置于实验室内2h后方可进行检定。7.2 检定项目检定项目如表2所示。3J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局表2 检定项目一览表检定项目首次检定后续检定使用中检验外观+工作白板量值+零点漂移+示值稳定性+示值误差+重复性+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 外观按第6章规定的各项内容进行检查,区分并确认仪器的几何条件。7.3.2 工作白板量值检定7.3.2.1 用符合7.1.1.1a)中规定的光谱光度计或光谱测色仪按J J G4 5 32 0 0 2规定的方法测量仪器工作白板的光谱辐亮度因数,并根据附录E中公式(E.1)计算蓝光白度值。7.3.2.2 在不具备7.1.1.1a)中规定的设备的情况下,用7.1.1.1b)中规定的标准级白度计检定工作白板的白度值。7.3.3 零点和白度校准接通白度计电源,按仪器说明书的规定进行预热。预热结束后,将仪器的黑筒放在测量孔上,对仪器进行零点校准。零点校准完成后,将黑筒取下,将仪器的工作白板放在测量孔,根据7.3.2测量得到的工作白板白度值对仪器进行白度校准。仪器校准完毕后进入测量状态。7.3.4 零点漂移将仪器的黑筒置于测量孔,间隔2m i n测量零点数值并记录,测量得到5个零点数值时,其最大读数与最小读数之差的绝对值即为零点漂移D0。D0=|W0,m a x-W0,m i n|(1)式中:D0 零点漂移;W0,m a x 5次零点测量值中的最大读数;W0,m i n 5次零点测量值中的最小读数。7.3.5 示值稳定性将仪器的工作白板置于测量孔处,间隔2m i n读取测量值一次,测量得到5个白度值时,其最大读数与最小读数之差的绝对值即为示值稳定性DW。DW=|Wm a x-Wm i n|(2)4J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局 式中:DW 示值稳定性;Wm a x 5次工作白板白度测量值中的最大读数;Wm i n 5次工作白板白度测量值中的最小读数。7.3.6 示值误差分别测量4块系列标准白板,每块标准白板重复测量3次,并根据标准白板的方位标记使其每次的受测方向和位置基本保持不变,求3次测量结果的平均值:Wi=133j=1Wi,j(3)各标准白板的平均值与标准值之差:Wi=Wi-Wis(4)式(3)、(4)中:Wi 第i块标准白板3次测量的白度平均值;Wi,j 第i块标准白板第j次测量得到的白度值;Wi 第i块标准白板3次测量的白度平均值与其白度标准值之差;Wis 第i块标准白板的白度标准值;i 系列标准白板序列:1,2,3,4;j 各标准白板的测量次序:1,2,3。取4块系列标准白板Wi绝对值中的最大值作为白度计的示值误差W:W=|Wi|m a x(5)7.3.7 重复性在重复性条件下测量系列标准白板中平均辐亮度因数为6 0%6 9%的标准白板(X-4)8次,计算标准偏差s,作为白度计的测量重复性:s=178j=1(W4,j-W4)2(6)式中:W4,j 标准白板X-4第j次白度测量结果;W4 标准白板X-4经8次测量得到的白度平均值;j 标准白板X-4的测量次序:1,2,3,4,5,6,7,8。7.4 检定结果的处理检定合格的白度计出具检定证书并定级;检定不合格的白度计出具检定结果通知书,并注明不合格项目。原始记录格式和检定证书内页格式分别见附录A和附录B。7.5 检定周期白度计的检定周期一般不超过1年。5J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录A原始记录格式 一、白度计:检定证书编号送检单位地 址仪器名称型 号制造厂出厂编号 二、计量标准器:标准器名称标准器证书号有效期至测量范围不确定度(或准确度等级)检定依据温度相对湿度%检定日期检定员核验员 三、检定结果1.外观:2.几何条件:3.工作白板白度值:工作白板编号白度值W 4.零点漂移及示值稳定性检定项目测量次数12345最大漂移量绝对值零点漂移D0示值稳定性DW 5.示值误差系列标准白板测量次数123平均值标准值示值误差Wi示值误差WX-1X-2X-3X-4 6.测量重复性s(X-4)白度值测量次数12345678重复性W 7.检定结论:(标准级、一级、二级、不合格)6J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录B白度计检定证书(内页)格式检 定 结 果1.外观:2.零点漂移D0:3.示值稳定性DW:4.示值误差W:系列标准白板标准值测量值示值误差X-1W1X-2W2X-3W3X-4W4 5.重复性s:6.工作白板白度值:工作白板编号白度值W(以下空白)7J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录C测量结果的不确定度评定示例C.1 测量方法首先将仪器预热,分别用仪器的黑筒和工作白板对仪器进行校准后,对系列标准白板中编号为X-4的白板进行测量(本实例中将白度计测量X-4的重复性作为仪器测量重复性,以利用7.3.7重复性测量结果进行不确定度分析)。C.2 测量模型示值误差公式:W=W-Ws式中:W 白度计的示值误差;W 白度计测量X-4得到的平均测量值;Ws X-4的标准值。C.3 方差u2c=u21(W)+u22(Ws)C.4 计算标准不确定度分量C.4.1 系列标准白板标准值引入的不确定度分量u1该项为B类不确定度分量,系列标准白板由上级计量机构赋值,若证书给出的X-4白板的蓝光白度R4 5 7的扩展不确定度为U=1.6,k=2,则其标准不确定度为:u1=1.6/2=0.8C.4.2 零点引入的不确定度分量u2该项为B类不确定度分量,用于校准零点的黑筒仍会有一定的反射,认为黑筒的实际R4 5 7量值小于0.5时可以满足其作为光陷阱的要求,按照均匀分布,引入的不确定度分量为:u2=0.5/3=0.2 9C.4.3 测量重复性引入的标准不确定度分量u3该项为A类不确定度分量,在重复性条件下,用白度计测量X-4共8次,测量结果如下:6 4.5,6 4.6,6 4.5,6 4.6,6 4.5,6 4.4,6 4.5,6 4.6。平均值W:W=188i=1Wi=6 4.5则单次测量的重复性标准偏差s为:s=8i=1Wi-W 28-1=0.0 78次测量平均值的标准偏差(测量重复性)引入的标准不确定度分量为:8J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局u3=s8=0.0 3C.4.4 标准不确定度汇总表标准不确定度汇总见表C.1。表C.1 标准不确定度分量汇总表不确定度分量不确定度来源类型标准不确定度u1系列标准白板标准值B0.8u2零点B0.2 9u3测量重复性A0.0 3C.4.5 合成标准不确定度uc=u21+u22+u23=0.8 5C.4.6 扩展不确定度取包含因子k=2:U=2uc=1.7白度计示值误差W的测量结果扩展不确定度:U=1.7,k=29J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录D国际照明委员会(C I E)规定的色度测量仪器的几何条件 物体色的颜色测量依赖于光源、探测器和样品的相对位置关系,这种关系称为几何条件。测量值和视觉评价的相关程度依赖于测量的几何条件对实际观察时的几何条件的模拟程度。国际照明委员会(C I E)在2 0 0 4年之前,根据人眼观察物体的主要方式规定了4种反射测量的几何条件,包括:0/d(垂直照明/漫射接收),d/0(漫射照明/垂直接 收),0/4 5(垂 直 照 明/4 5 接 收)和4 5/0(4 5 照 明/垂 直 接 收)。2 0 0 4年,在C I E1 5:2 0 0 4中对几何条件的实现和表示方法进行了更新,规定了1 0种反射色测量的几何条件和表示方法,分别是:1)漫射8,包含镜面成分(符号为d i 8)采样孔径被以其平面为界的半球内表面从各个方向均匀地照明,测量区域过充满。探测器对采样孔径区域的响应均匀,反射光束轴线和样品中心法线成8 角,在接收光束轴线5 内的所有方向上,采样孔径反射的辐射是均匀的。2)漫射8,排除镜面成分(符号为d e 8)满足d i 8 的条件,但将单面的平面反射镜放置于采样孔径处时,没有光反射到探测器方向,而且在这个方向的1 以内也没有镜面反射。3)8 漫射,包含镜面成分(符号为8 d i)满足d i:8 的条件,但光路相反。采样孔径被与法线成8 角的光照明,以参考平面为界的半球收集采样孔径反射的各个角度的通量。4)8 漫射,排除镜反射成分(符号为8 d e)满足d e 8 的条件,但光路相反。5)漫射/漫射(符号为d d)照明满足d i 8 的条件,且以参考平面为界的半球收集采样孔径反射的各个角度通量。6)备选的漫射几何条件(符号为d 0)一个备选漫射几何条件是出射方向沿着样品法线,这是严格的不包含镜反射几何条件。7)4 5 环带/垂直(符号为4 5 a 0)从顶点位于采样孔径中心,中心轴位于采样孔径法线上,半角分别为4 0 和5 0 的两个正圆锥之间各个方向射来的光均匀地照明采样孔径;探测器从顶点位于采样孔径中心,中心轴沿样品法线方向、半角为5 的正圆锥内均匀接收反射辐射。这种几何条件可以将样品质地和方向选择性反射影响降至最低。如果这种照明几何条件是由多个光源以接近于圆形排列来近似得到,或者由多根出光口排列成圆形且被单个光源照明的光纤束近似得到,形成的几何条件称为圆周/垂直几何条件(符号为:4 5 c 0)。01J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局8)垂直/4 5 环带(符号为0 4 5 a)角度和空间条件满足4 5 a 0 的条件,但光路相反。因此采样孔径被垂直照明,反射辐射被中心与法线成4 5 角的环带接收。9)4 5 单方向/垂直(符号为4 5 x0)角度和空间条件满足4 5 a 0 的条件,但辐射只从一个方位角发出。排除镜反射,突出样品质地和方向选择性反射的影响。符号x表示入射光束从某任意方位照射参考平面。1 0)垂直/4 5 单方向(符号为0 4 5 x)角度和空间条件满足4 5 x0 的条件,但光路相反。因此样品表面被垂直照明,从与法线成4 5 角的某个方位接收反射辐射。11J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录E几种常用的白度计算公式 历史上曾有过多种白度公式,从测量原理和表达方式上可以分为单波段白度公式、多波段白度公式、明度及纯度型白度公式、光度型白度公式、线性白度公式与二元性白度公式等。不同的应用领域和行业,可能使用不同的白度评价公式,获得不同的白度量值,但至今还未形成一种通用白度公式可以完全替代其他白度公式。常用的白度有蓝光白度、C I E白度和亨特白度等。后两种白度是通过色度值计算白度值,这两种类型的白度计应归类为测色色差计,可依据J J G5 9 52 0 0 2 测色色差计进行检定。白度计的几何条件和测量原理应分别符合G B/T3 9 7 82 0 0 8与G B/T3 9 7 92 0 0 8中的相应规定。E.1 蓝光白度蓝光白度可以用Wb或R4 5 7表示。蓝光白度的计算公式为:Wb=kb F (E.1)式中:F()仪器的相对光谱分布函数,见表E.1;kb 归一化系数,kb=1 0 0/F ;样品的光谱辐亮度因数。表E.1 蓝光白度测量仪器的相对光谱分布函数F()波长/n mF()4 0 01.04 0 52.94 1 06.74 1 51 2.14 2 01 8.24 2 52 5.84 3 03 4.54 3 54 4.94 4 05 7.64 4 57 0.04 5 08 2.54 5 59 4.1波长/n mF()4 6 01 0 0.04 6 59 9.34 7 08 8.74 7 57 2.54 8 05 3.14 8 53 4.04 9 02 0.34 9 51 1.15 0 05.65 0 52.25 1 00.3 蓝光白度应用非常广泛,在造纸、印刷、食品、纺织、建材等领域都应用该公式进行产品质量检测和质量控制。21J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局E.2 C I E白度C I E白度公式分为白度W(或W1 0)和淡色调指数TW(或Tw,1 0)两部分。对于C I E 1 9 3 1标准色度观察者:W=Y+8 0 0 xn-x +17 0 0yn-y TW=10 0 0 xn-x -6 5 0yn-y (E.2)式中:x,y 样品的色品坐标;xn,yn 完全漫反射体的色品坐标。在标准照明体D 6 5与C I E1 9 3 1标准色度观察者条件下,xn=0.3 1 27 2,yn=0.3 2 90 3。对于C I E1 9 6 4标准色度观察者:W1 0=Y1 0+8 0 0 xn,1 0-x1 0 +17 0 0yn,1 0-y1 0 TW,1 0=9 0 0 xn,1 0-x1 0 -6 5 0yn,1 0-y1 0 (E.3)在标准照明体D 6 5与C I E1 9 6 4标准色度观察者条件下,xn,1 0=0.3 1 38 1,yn,1 0=0.3 3 09 8。上述公式用于在标准照明体D 6 5下评价和比较白色样品。淡色调指数Tw(或Tw,1 0)的值为正时,样品偏绿色;为负时,样品偏红色。对于完全漫反射体W和W1 0都等于1 0 0,TW和TW,1 0都等于0。对于明显带有彩色的样品,计算C I E白度没有意义。公式的适用范围是:4 0W或W1 0 5Y-2 8 0 或5Y1 0-2 8 0 ,-4TW或TW,1 0 +2E.3 亨特白度亨特白度是一个与色差概念相关的白度公式。它将完全漫反射体的白度定为1 0 0,将样品与之进行比较,用理想白与样品之间的色差来表示样品的白度。WH=1 0 0-1 0 0-L 2+a2+b2 12(E.4)式中:WH 亨特白度;a,b 亨特色品指数;L 亨特明度指数。E.3.1 应用于标准照明体D 6 5,1 0 标准色度观察者时:L=1 0Y1 01/2a=1 7.21.0 5 47X1 0-Y1 0 /Y1/21 0b=6.7Y1 0-0.9 3 18Z1 0 /Y1/21 0 (E.5)E.3.2 应用于照明体C,2 标准色度观察者时:L=1 0Y1/2a=1 7.51.0 2X-Y /Y1/2b=7.0Y-0.8 4 7Z /Y1/2 (E.6)J J G5 1 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局