林格曼黑度计校准方法的研究.pdf

53王智慧等：林格曼黑度计校准方法的研究|计量检定林格曼黑度计校准方法的研究王智慧，李双定（广西壮族自治区计量检测研究院，广西南宁530 0 0 7）【摘要】林格曼黑度计是环保部门及工矿企业对环境污染和能源节约进行监测的专用仪器，广泛应用于环保、工矿生产等领域。本文根据不同类型的林格曼黑度计提出不同的校准方法，旨在为规范、准确地校准不同类型的林格曼黑度计提供技术依据，供相关人员参考借鉴【关键词】林格曼黑度计；校准方法；林格曼烟气黑度图【D O I 编码】1 0.396 9/j.issn.1674-4977.2023.04.016Study on Calibration Method of Ringelmann Blackness MeterWANG Zhihui,LI Shuangding(Guangxi Research Institute of Metrology&Test,Nanning 530007,China)Abstract:Ringman blackness meter is a specialized instrument used by environmental protection departments and industrial andmining enterprises to monitor environmental pollution and energy conservation,widely used in fields such as environmental protectionand industrial and mining production.This article proposes different calibration methods based on different types of Ringmannblackness meters,aiming to provide technical basis for standardized and accurate calibration of different types of Ringmann blacknessmeters,and provide reference for relevant personnel.Key words:Ringelmann blackness meter;calibration method;Rringelmann smoke blackness map林格曼黑度计又称林格曼烟度计、林格曼测烟望远镜等，它是通过林格曼烟气黑度图法来测定固定污染源排放烟气黑度的设备，是随着科学技术水平的提高而研发的烟气林格曼黑度分析设备。该设备是供环保部门及工矿企业对环境污染和能源节约进行监测的专用仪器。作为环境监测的基础和重要保障，仪器设备应按照要求进行检定或校准，以保证设备量值的有效性，进而保障后期使用过程中的稳定性、一致性和准确性。目前，国内在林格曼黑度计量值溯源方面尚无相应的国家检定规程或校准规范作为依据。各地计量机构或检测机构对林格曼黑度计校准依据的方法虽不尽相同，但大多采用的校准方法是使用林格曼黑度图与林格曼黑度计内嵌的林格曼黑度标准板进行比对测量。现有方法存在诸多弊端，如对不同种类的林格曼黑度计的校准方法描述不够全面，测量精度较低，所使用的林格曼黑度图大多为林格曼黑度计生产厂家自制，作为标准器林格曼黑度等级和测量范围与林格曼黑度计内嵌黑度图相同，且误差范围大、准确度低，只能作为比对参考，不能满足量值溯源的基本条件。因此，本文将林格曼黑度计从测量原理上进行区分，针对不同类型的林格曼黑度计给出具有针对性的校准方法，以及对相应标准器提出要求。林格曼黑度计按其测量原理可以分为目视黑度计（目视烟尘望远镜，以下称为A类）和光电式黑度计（光电式烟尘望远镜，以下称为B类）。1A类林格曼黑度计的校准A类林格曼黑度计可分为双目望远系统和单目望远系统。原理是把通用的标准林格曼烟气浓度图缩制在一块玻璃上，将从望远镜目镜中看到的烟羽黑度与林格曼烟气浓度图54BRAND&STANDARDIZATION品牌与标准化2023年第4期直接作对比，进而对烟气黑度进行监测，确定烟气的黑度等级。如图1 所示。小目镜林格曼图不人眼烟物镜图1A类林格曼黑度计原理图此类林格曼黑度计的校准存在两种情况，一种为内置玻璃光学分划板可拆卸，另一种为内置玻璃光学分划板不可拆卸。为提高测量准确度，应分别采用不同方法进行校准。1.1内置玻璃光学分划板可拆卸时林格曼黑度计的校准方法在内置玻璃光学分划板可拆卸的情况下，应将玻璃光学分划板取出，使用影像仪等测量设备对其林格曼黑度图中不同等级进行校准，校准方法及计算方式如下。有效部分总长与总宽为L和H，总面积S总=LH。从分划板中心点位置取1 个白色格子，中心点与左上角、右上角、左下角和右下角连线中心位置各取1 个白色格子，共5白色格子。每一个测量其长L和宽Hi,计算其面积S白i=LHi。5个白色面积分别为S白1、S白2、S白3、S白4和S白5。白色格子平均面积S=（S 白1+S白2+S白3+S白4+S白s)/5，则白色格子总面积S白=nxS，n 代表空白格子数量。按公式(1)计算林格曼黑度等级K：K;=Se-SHS总?5(1)式中，K,林格曼黑度计算值，单位：级；S总玻璃光学分划板有效部分总面积，单位：mm；S 白色格子总面积，单位：mm。对每级测定都按以上方法进行测试，得到测量值K，按公式（2)分别计算仪器的示值误差，取其中最大的值作为仪器的示值误差。A;=K-Ks(2)式中，；示值误差，单位：级；K林格曼黑度计算值，单位：级；Ks林格曼黑度标准值，单位：级。以某企业生产的内置玻璃光学分划板可拆卸的林格曼黑度计为例，使用影像测量仪测量2 级林格曼黑度的数据见表1。表1玻璃光学分划板2 级林格曼黑度测量结果L/mmLz/mmLs/mmL4/mmLs/mm0.0290.0270.0290.0290.030H/mmH/mmH/mmHa/mmHs/mm0.0300.0290.0310.0280.030S/mmS./mm?S:/mmS/mm?Ss/mm0.000870.000780.000900.000810.00090L/mmH/mm格数示值误差2.4271.6222646Se/mm?2.2544Se/mm?3.9366Ki/级2.14A/级+0.14相对于比对测量只能给出符合范围，依据此方法进行校准能够给出准确的校准结果，校准方法更为准确可靠1.2内置玻璃光学分划板无法取出时林格曼黑度计的校准方法对于内置玻璃光学分划板无法取出的林格曼黑度计，仍将采用比对测量的方式进行校准。但传统标准林格曼烟气黑度图只具备0 级、1 级、2 级、3级、4级、5级，同被测林格曼黑度计的黑度等级相同，只能在两个等级之间进行比较，无法得到更为准确的测量结果，因此应对所使用的标准林格曼烟气黑度图提出更高的要求。除0 级和5级外，在其余每个等级标准板的前后分别增加0.2 5级标准板，提高比对精度。具体校准方法为：将林格曼黑度计的测量光路对准标准林格曼烟气黑度图，目视测量。除0 级全白与5级全黑可直接判断外，以1 级为标准点分别对0.7 5级、1 级、1.2 5级标准板进行比较测量；2 级为标准点分别对1.7 5级、2 级、2.2 5级标准板进行比较测量；3级为标准点分别对2.7 5级、3级、3.2 5级标准板进行比较测量；4级为标准点分别对3.7 5级、4级、4.2 5级标准板进行比较测量。以此判断其误差范围，缩小了范围区间，提高了测量准确性。以某企业生产的内置玻璃光学分划板不可拆卸的林格曼黑度计为例，测量1 4级林格曼黑度的结果见表2。55（编辑：李加鹏）王智慧等：林格曼黑度计校准方法的研究|计量检定表2林格曼黑度计比对测量结果标称黑度等级K/级示值误差/级10.2520.2530.2540.252B类林格曼黑度计的校准方法利用光学传感器来对目标测量，采用光电转换及微机新技术，用微电脑模拟林格曼烟气黑度图进行对比测量。对烟气黑度进行自动监测打印记录，所有数据通过微机快速处理，按显示结果或打印记录的数据即可确定被测烟气的林格曼黑度等级。2.1B类林格曼黑度计示值误差的校准将光电式黑度计的测量光路对准标准林格曼烟气黑度图，调整距离，使标准黑度图在林格曼黑度计目镜中成像清晰。标准林格曼烟气黑度图等级为Ks级,Ks分别为0 级、1级、2级、3级、4级、5级。使用烟尘望远镜分别进行3次测量，取平均值K，按公式（3）计算示值误差，取其中最大的：作为仪器的示值误差。A;=K-Ks(3)式中，为示值误差，单位：级；K为林格曼黑度测量值平均值，单位：级；Ks为林格曼黑度标准值，单位：级应注意，标准林格曼烟气黑度图同样需要进行量值溯源，校准方法可参考前文玻璃光学分划板的校准方法。2.2B类林格曼黑度计测量重复性的校准校准B类林格曼黑度计还应考虑其测量重复性，将林格曼黑度计的测量光路对准标准林格曼烟气黑度图，使用林格曼黑度等级为4级的标准板。用烟尘望远镜进行连续6 次测量，按公式（4）计算仪器的重复性。2(K.-K)6(4)SA=1n-1式中，SA为重复性，单位：%；K为第i次测量值，单位：级；K为n次测量平均值，单位：级；n测量次数，n=6。2.3B类林格曼黑度计示值稳定性的校准校准B类林格曼黑度计还应考虑其示值稳定性。将林格曼黑度计的测量光路对准标准林格曼烟气黑度图，使用林格曼黑度等级为4级的标准板，用烟尘望远镜进行1小时测量，每隔15分钟读取一个数值T，按公式（5）进行计算，其读数最大值与最小值之差即为示值稳定性。AT=Tmm-Tmin(5)式中，T为稳定性；Tmax为最大测量值;Tmin为最小测量值。B类林格曼黑度计测量结果见表3。表3光电式黑度计测量结果示值误差标准黑度测量值平均值/示值误等级K/级级差/级级0.00.00.00.00.00.01.01.11.21.21.2+0.22.02.02.12.12.1+0.13.03.13.03.13.1+0.14.04.04.04.04.00.05.05.05.05.05.00.04.04.04.04.14.04.1测量重复性/级0.054.04.04.14.0稳定性/级0.13结束语以上研究基本覆盖了不同类型林格曼黑度计量值溯源所对应的校准方法。林格曼黑度计作为一种广泛使用在环境监测领域的专用仪器，在实际应用中需要进行校准以保证其精度和可靠性。品【参考文献】1 通用计量术语及定义：JJF10012011S.2 固定污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法：HJ/T 3982007S.【作者简介】王智慧，男，198 4年出生，高级工程师，硕士，研究方向为计量检定。李双定，女，198 2 年出生，高级工程师，硕士，研究方向为计量检定。