关于玻璃量器液面调定方法及相关问题的探讨

2013-06-30罗志东

计量技术 2013年4期

关键词：量器视差分度

罗志东

（贵州省计量测试院，贵阳550003）

关于玻璃量器液面调定方法及相关问题的探讨

罗志东

（贵州省计量测试院，贵阳550003）

介绍玻璃量器液面的不同观察、调定方法及应注意的问题，分析调定读数视差高度与玻璃量器直径之间的数学关系，为合理估计调定读数视差高度提供依据，据此得到由于液面调定误差引入的不确定度分量。

玻璃量器；液面；直径；调定读数视差；不确定度分量

0 引言

玻璃量器是用玻璃材料制成的，用于测量液体体积的一种仪器。在实验工作中经常使用的玻璃量器称之为常用玻璃量器，包括滴定管、分度吸量管、单标线吸量管、单标线容量瓶、量筒、量杯六种容量计量器具。在检定和使用玻璃量器的过程中，玻璃量器液面的调定及正确的读数直接影响检定结果的判断。通过对常用玻璃量器测量结果不确定度评定分析可知，由于液面调定（读数）误差所引入的不确定度分量是合成标准不确定度中较大的一个分量。本文主要对以下问题进行探讨：1）正确调定液面的方法；2）液面读数误差与玻璃量器管径关系的依据。

1 正确调定液面方法

液面是指待测容量的液体与空气之间的界面。常用玻璃量器可采用对照基准线或分度线来调定和读取液面。液面调定方法如下：1）液面是凹面时，让液面最低点与分度线上边缘的水平面相切，视线应与分度线上边缘在同一水平面上；2）当液面是凸面时（例如：水银），让液面最高点与分度线下边缘的水平面相切，同样视线应与分度线下边缘在同一水平面上。

然后适当安排光线，可以使得液面暗淡，且轮廓清晰。为此，应衬以白色背景，并遮去不需要的杂光。例如：可以在玻璃量器定位液面以下不大于1mm处，放置一条黑色纸带或用一段切开的黑色厚胶管，箍在玻璃量器管壁上。

当分度线的长度足以同时从玻璃量器前后观察时，视线应处于上边缘前后部分重合的位置上，可以减少视差；若玻璃量器只在前面具有分度线时，使用黑色遮光带来调定分度线上边缘，视差可以大大减少，但也应注意，眼睛应与分度线上边缘在同一个水平面内读数。

在常用玻璃量器中，滴定管、分度吸量管和量筒均有采用蓝线乳白背景的双色玻璃管制造。对于这样的常用玻璃量器，其液面的调定方法是：视线与分度线上边缘在同一水平面上，并使蓝线的最尖端与分度线上边缘重合，由于盛液玻璃管的放大作用使液体里的蓝线变宽，而未浸入液体中的蓝线宽度不变，于是在上下两部分的蓝线交接处形成对顶的锥形。应该注意到蓝线锥形的最尖端并不是液面的最低点，它对于液面最低点是偏高的，它仅是观察和调定液面的一个标志。液面与刻度线观察图如图1所示。

图1 液面与刻度线观察图

2 确定液面读数误差的依据

1）在玻璃量器测量不确定度评定过程中，对于液面读数误差引入的不确定度分量大小进行计算。通常方法是测量玻璃量器的直径D，同时凭工作经验，估计视线的读数高度h值，经过分析引入读数误差的不确定度分量。

例如：对标称容量为100mL单标线容量瓶的不确定度评定中，由液面读数引入的标准不确定分量u（Vh），根据工作经验，检定人员在调定液面与玻璃量器分度刻线相切时所产生的读数视差h最大为：0.1mm，测量玻璃量器直径为D＝14mm，对应的容量值计算可得Vh＝15.4μL，按均匀分布计算u（Vh），取则

在不确定度分析过程中对于h＝0.1mm只是凭借工作经验的一个估值，应该通过相关的理论进行分析，确定液面读数高度与玻璃量器管径参数的关系。便于检定人员对于玻璃量器不同管径的液面调定观察，采用正确的读数方法，减小由于读数误差对玻璃量器的影响。

2）实际上调定液面引入的读数视差h与玻璃量器直径D有密切的联系。

根据图2，可以看出读数的高度差与玻璃量器管径的关系。

图2 读数的高度差与管径的关系

读数视差h的值由以下公式导出：

式中：θ为操作者看液面的视线和正切于液面的水平面之间夹角；h为读数视差，mm；d为操作者眼睛到分度线的距离，mm；H为操作者眼睛偏高或偏低于与液面相切的水平面的距离，mm；D为带有分度的管子、颈或液柱的直径，mm。

假设H＝5mm，d＝200mm，则：

当D1＝1mm，则：

当D2＝100mm，则：

所以能用0.01D表示不同直径的玻璃量器因读数引起的视差h，很明显在1mm≤D≤100mm范围内，可认为：

即读数视差与玻璃量器的直径是线性关系。

若假设H＝10mm，d＝200mm，则对于不同的玻璃量器直径D可得到：

此时可近似认为在1mm≤D≤100mm范围内：

上述范例中单标线容量瓶的直径D＝14mm。

由式（1）得h＝0.14mm，与范例估计h＝0.1mm比较接近；

由式（2）得h＝0.28mm，与范例估计h＝0.1mm差距较大。

实际工作中可自己确定h与D的比例关系，并由此得到与h、D及（按均匀分布，取有关的对应表格。以h＝0.01D情况为例可得到部分不同玻璃量器直径时对应的表格如表1所示。

3 结论

1）在检定玻璃量器的过程中正确的读数方法是：液面是凹面，应让视线、液面最低点、分度线上缘在同一平面上进行读数；若液面是凸面时（例如水银）应让视线、液面最高点、分度线下缘在同一平面上进行读数。

2）在1mm≤D≤100mm范围内，可自行估计图2中H、d的大小，以前面提到的思路为参考，求得h与D的具体比例关系，对读数视差h进行合理估计。个人认为h＝0.01D适用于可将玻璃量器放置于水平台面或处于固定支架上进行读数时使用，如单标线容量瓶、滴定管、量筒、量杯这几类玻璃量器；而对于单标线吸量管、分度吸量管这两类玻璃量器，由于调定液面进行读数时是采取手持玻璃量器的方式进行，应采用h＝0.02D进行估计比较合理。