林格曼烟气黑度望远镜计量特性研究

张江宾 王龙

[摘    要]利用生物显微镜及测微尺作为计量标准器具，研究对象为不同厂家生产的不同型号的林格曼烟气黑度望远镜，对其目镜上镶嵌的不同林格曼黑度等级的光学分划板总面积和白色部分面积进行测量，通过试验计算得到实际等级值，计算示值误差。通过分析计算表明：示值误差最大为0.102级;验证林格曼烟气黑度望远镜计量特性显著;进而验证林格曼烟气黑度望远镜国家检定规程或者校准规范编写工作的可行性。

[关键词]计量学;林格曼黑度等级;示值误差;计量特性

[中图分类号]TH743 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）05–0–03

Study on the Measurement Characteristics of Ringelmann's Smoke Blackness Telescope

Zhang Jiang-bin，Wang Long

[Abstract]Using biological microscopes and micrometers as standard measuring instruments， the research objects are different types of Ringelmann smoke blackness telescopes produced by different manufacturers， and the optical divisions of different Ringelmann blackness levels embedded in their eyepieces The total area of the board and the area of the white part are measured， the actual grade value is calculated through experiments， and the indication error is calculated. Analysis and calculation show that the maximum indication error is 0.102; the measurement characteristics of the Ringelmann smoke blackness telescope are significant; and the feasibility of writing the national verification regulations or calibration specifications for the Ringelmann smoke blackness telescope is verified.

[Keywords]metrology; Ringelmann blackness level; indication error; metrological characteristics

林格曼煙气黑度作为评价环境质量的指标之一[1–8]，是环境污染治理重要的参考依据。国家标准GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》规定了在大气污染物排放浓度限制中烟气黑度（林格曼黑度，级）≤1，同时《工业炉窑大气污染物排放标准》、《火电厂大气污染物排放标准》、《炼焦炉大气污染物排放标准》、《危险废物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》都对烟气黑度排放规定了标准限值。国家环境保护行业标准HJ/T398-2007《固定污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法》[1]中详细规定了测量烟气黑度的仪器设备、步骤、观测方法、记录、计算及质量保证和控制方法。

林格曼烟气黑度望远镜[6]作为环境监测部门、第三方环境检测公司以及企业环保部门常备仪器，其应用范围极其广泛。该仪器特点为体积小巧，携带方便，使烟气黑度的测量变得快速、简便，使监测工作的准确度得到提高。通过对烟气黑度的测定，可以分析烟气排放对空气的污染程度及燃料的燃烧利用率情况，从而为环境治理和节约能源提供有效的监测手段[9-10]。由此可见，林格曼烟气黑度望远镜的使用在环境监测及环境治理方面作用明显，其计量特性的准确性是仪器数据可靠的重要保障，为烟气黑度测量提高提供技术支持[5]。经查阅资料发现，国家尚无相关计量检定规程或者技术规范。在2018年，河北省质量技术监督局发布实施的JJF（冀）144-2018《林格曼烟气黑度望远镜校准规范》为仪器校准提供了技术支持，其他尚未报道。

按照仪器的原理不同将林格曼烟气黑度望远镜分为两类：目视望远镜和光电式望远镜。其中目视望远镜分为双目望远系统和单目望远系统[2]。检测工作原理是：把标准林格曼烟气浓度图缩制在一块光学玻璃上，镶嵌在望远镜目镜上，在使用仪器测量时，在望远镜目镜中看到的污染物烟气黑度与林格曼烟气黑度望远镜目镜上的缩制浓度图的不同等级光学分划板直接作比较，确定烟气的黑度等级，完成检测任务。

本文研究对象是目视林格曼烟气黑度望远镜，利用显微镜及测微尺作为计量标准器，对具有代表性的生产厂家生产的林格曼烟气黑度望远镜目镜上镶嵌的具有不同等级林格曼黑度的光学分划板组成的缩制烟气浓度图进行测量，通过试验，并且计算得到实际等级值，计算示值误差，验证林格曼烟气黑度望远镜计量特性进一步研究的可行性。

1 试验

1.1 试验计量标准量器的选择和组装

生物显微镜，型号：IX53;出厂编号：6F09745;生产厂家：OLYMPUS;物镜放大倍率：×40、×20、×10和×4。

测微尺：测量范围（0～10） mm。

将测微尺安装在生物显微镜目镜上，安装牢固并且目测清晰。

1.2 试验对象的选择

通过对不同生产厂家生产的相同型号的两台仪器进行试验，验证林格曼烟气黑度望远镜计量特性进一步研究的可行性。经调研发现，目前，林格曼烟气黑度望远镜主要是国产仪器，鲜见到国外产品，在国内市场中广泛应用。具有典型代表性的有苏州市青安仪器有限公司、苏州上析仪器有限公司和青岛聚创环保设备有限公司。因此，本试验选择了上述三个厂家生产的各一种型号仪器，每种仪器随机选择两台，依次以A、B、C、D、E、F简称。仪器信息见表1。

1.3 试验方法

用显微镜及测微尺测量仪器的玻璃光学分划板，总长与总宽分别记为：L，H，总面积S总=L×H。

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个白色格子，每一个测量其长Li和宽Hi，白色格子为正方形，因此，Li=Hi。计算其面积S白i=Li×Hi，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白5=（S白1+S白2+

S白3+S白4+S白5）/5，则白色格子总面积S白=n×S白5，n代表白色格子数量。

计算林格曼黑度等级Ki：

（1）

式（1）中：S总为玻璃光学分划板总面积，mm2;S白为白色格子总面积，mm2;Ki为林格曼黑度计算值，级。

对每个级测定都按以上方法进行，得到测量值Ki，按式（2）分别计算仪器的示值误差Δi，取其中最大的Δi作为仪器的示值误差[2]。

Δi=Ki–Ks （2）

式中：Ks为林格曼黑度标准值，级;Ki为林格曼黑度计算值，级;Δi为示值误差，级。

2 结果与讨论

通过试验，给出了试验用7台仪器的测量数据及计算结果，见表2—表7。

通过对以上结果分析发现，仪器A示值误差为0.056级，仪器B示值误差为–0.042级，仪器C示值误差为0.076级，仪器D示值误差为0.064级，仪器E示值误差为0.102级，仪器F示值误差为0.096级。最大示值误差为仪器E，为0.102级，说明林格曼烟气望远镜黑度的光学分划板制作比较精确，得益于制作过程为电脑程序设计，误差相对较小，准度高，示值误差计量特性稳定。

3 结语

通过试验计算得到实际等级值，计算示值误差，示值误差最大为0.102级，说明国产林格曼烟气黑度望远镜生产工艺相对成熟，示值误差计量特性相对稳定，证实林格曼烟气黑度望远镜计量特性进一步研究的可行性较强，进而申请制定相关技术规范。

参考文献

[1] 固定污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法：HJ/T398-2007[S].

[2] 林格曼烟气黑度望远镜校准规范：JJF（冀）144-2018[S].

[3] 郑晓晓，张洪宝，张鹏举，等.柴油车排气林格曼黑度检测设备的计量方法研究[J].计量与测试技术，2020，47（7）：71-72.

[4] 郭子君，刘育，隋新亮.黑烟车电子抓拍系统检测方法研究[J].计量技术，2020（1）：3-6.

[5] 杨峰，王成敏.数显式智能林格曼黑度图在监测中的应用[J].黑龙江环境通报，2018，42（2）：56-58.

[6] 张炎，董永峰.基于Matlab的烟气黑度值测量[J].现代信息科技，2018，2（1）：109-111.

[7] 孟令坤.烟气黑度多媒體监控系统[D].南京：南京大学，2012.

[8] 桂柏林.基于林格曼黑度的烟囱排放自动监测分析系统的研究与实现[D].湘潭：湘潭大学，2009.

[9] 包信宗，葛广英，张元铜，等.基于DSP和BP的烟气林格曼黑度监测[J].计算机应用与软件，2009，26（3）：272-274.

[10] 包信宗，葛广英，张卫华，等.基于BP的烟气林格曼黑度级测量研究[J].聊城大学学报（自然科学版），2009，22（2）：22-24.