手持式冰點測定儀（折射率法）校準(zhǔn)方法

/ 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

0 引言

機動車發(fā)動機冷卻液是以防凍劑、緩蝕劑等原料復(fù)配而成，用于機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，具有冷卻、防腐、防凍等作用的功能性液體[1]。發(fā)動機冷卻液主要分為以乙二醇為防凍劑的機動車發(fā)動機冷卻液和以丙二醇作為防凍劑的機動車發(fā)動機冷卻液。發(fā)動機冷卻液是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)使用的循環(huán)傳熱介質(zhì)，是使發(fā)動機正常工作、運轉(zhuǎn)必不可少的組成部分。檢測冷卻液冰點時可采用凝固點測定儀或干冰法，每測一次需要的時間較長。手持式冰點測定儀（折射率法）是一種快速、簡便檢測冷卻液冰點的儀器，其根據(jù)溶液濃度（與冰點對應(yīng)）與折射率的對應(yīng)關(guān)系而設(shè)計的便攜式檢測儀器，可快速測試乙二醇與丙二醇型冷卻液的結(jié)晶冰點。該測定儀為配制檢測冷卻液、電池液提供了極大方便，適用于各種運輸載體的引擎及內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)[2,3]。

冷卻液的冰點是冷卻液性能的重要指標(biāo)，因此對檢測冷卻液冰點的儀器設(shè)備進(jìn)行計量校準(zhǔn)就顯得尤為重要。對于防凍液來說，失去流動性表明環(huán)境溫度過低，超出其適用溫度范圍，性能已失效，除了達(dá)不到預(yù)期想要的效果外，還會給發(fā)動機帶來損傷，因此準(zhǔn)確測量冷卻液的冰點非常重要。目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)里對冷卻液的冰點均有要求，因此發(fā)動機冷卻液冰點測定儀的應(yīng)用廣泛。目前我國針對冷卻液產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有NB/SH/T 0521-2010《乙二醇型和丙二醇型發(fā)動機冷卻液》、JT 225-1996《汽車發(fā)動機冷卻液使用技術(shù)條件》、GB 29743-2013《機動車發(fā)動機冷卻液》等，ASTM關(guān)于冷卻液的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有ASTM D3306、ASTM D6210等，但是目前國內(nèi)暫無專門針對冷卻液冰點測定儀（折射率法）的計量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范以及相配套的標(biāo)準(zhǔn)溶液配置方法。

針對折射率法冰點測定儀的原理，我國的計量檢定規(guī)程有JJG 820-1993《手持糖量（含量）計及手持式折射儀》檢定規(guī)程，此規(guī)程主要是針對手持式糖量計的計量檢定/校準(zhǔn)方法以及糖量標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置定值方法。在規(guī)程的概述部分有對冰點測定儀的簡要介紹，但是規(guī)程的核心內(nèi)容中沒有描述對冰點測定儀的具體檢定/校準(zhǔn)方法、技術(shù)指標(biāo)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置方法。這就導(dǎo)致了在實際計量工作中根本無法參照此標(biāo)準(zhǔn)對冰點測定儀進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，冰點測定儀使用者也無法根據(jù)此規(guī)程對自己使用的設(shè)備進(jìn)行期間核查或使用中檢驗。目前市面上手持式冷卻液冰點測定儀的示值主要包括三個：丙二醇型冷卻液冰點讀數(shù)分度、乙二醇型冷卻液冰點讀數(shù)分度、電池液比重讀數(shù)分度。JJG 820-1993中沒有對冰點相關(guān)計量參數(shù)和檢定/校準(zhǔn)方法、冰點和溶液濃度、折射率關(guān)系等的描述，此規(guī)程在實際冰點測定儀的校準(zhǔn)中參考意義不大。因此研究專門針對冷卻液冰點測定儀（折射率法）的校準(zhǔn)方法，不僅能解決計量工作中遇到送檢此類儀器無相應(yīng)校準(zhǔn)方法而不能計量的問題，也能為使用冷卻液冰點測定儀的企業(yè)日常校準(zhǔn)或期間核查提供參考。

1 手持式冰點測定儀（折射率法）原理和結(jié)構(gòu)介紹

冰點[3]是在沒有過冷的情況下，冷卻液開始結(jié)晶的溫度；或在過冷的情況下，冷卻液最初形成結(jié)晶后迅速回升所達(dá)到的最高溫度。冰點測定儀（折射率法）是測量防凍液冰點的精密光學(xué)儀器。其基本原理是全反射臨界角法測量溶液的折射率，通過折射率與冰點的對應(yīng)關(guān)系來測量防凍液的冰點。冰點測定儀（折射率法）由蓋板、折射棱鏡、物鏡、分劃板、目鏡等部分組成。折射棱鏡的折射率為N0，蓋板與折射棱鏡的間隙放待測溶液，其折射率為Nk，光線經(jīng)蓋板以漫反射光透過溶液進(jìn)入折射棱鏡中，由于N0＞Nk，各方向入射光經(jīng)過折射后的光線其最大的折射角即為臨界角I0，在小于I0的范圍內(nèi)有折射光存在，大于I0的區(qū)域無折射光存在，因而形成明亮區(qū)和暗區(qū)，其分標(biāo)線的位置由I0的大小決定。N0是常數(shù)，Nk和sinI0成正比。當(dāng)溶液的濃度大時，視場的明暗分界線就高。不同濃度的溶液折射率不同，就有不同的明暗分界線。折射棱鏡起著把不同折射率溶液的明暗分界線折射到望遠(yuǎn)鏡的作用[4]。

2 校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法

2.1 校準(zhǔn)用溶液的準(zhǔn)備

2.1.1 所用試劑：乙二醇，純度大于99%；1,2-丙二醇，純度大于99%；純水。

2.1.2 配制溶液需要的設(shè)備：電子天平、移液器、容量瓶、移液管等。

2.1.3 配制方法：根據(jù)校準(zhǔn)需要，按表1[5,6]的含量配制相應(yīng)的質(zhì)量濃度乙二醇-水溶液，丙二醇水溶液。

表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)參考配制方法

2.2 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

調(diào)節(jié)目鏡視度環(huán)，直至標(biāo)線清晰為止。測定前應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)溶液、純水、儀器放置于統(tǒng)一環(huán)境下穩(wěn)定。平衡后，打開儀器的蓋板，取2～3滴純水滴于折射棱鏡上，并用手輕輕按壓蓋板，通過目前看到一條視場分界線。若分界線偏離零點，應(yīng)旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)螺栓使目鏡視場中分界線與零點重合。

2.3 冰點示值誤差

根據(jù)儀器的類型和儀器測量范圍，分別選擇測量范圍內(nèi)高、中、低三種標(biāo)準(zhǔn)溶液(也可根據(jù)用戶使用需求選擇合適的校準(zhǔn)點進(jìn)行冰點示值誤差項目的校準(zhǔn)），每種溶液測量三次，各測量值為Ti，取三次平均值為測量值，按式（1）計算。測量值與標(biāo)準(zhǔn)值Ts之差為示值誤差[7]，按式（2）計算。

式中：Ti—— 溶液單次測量值；

ΔT—— 示值誤差

2.4 示值重復(fù)性

選擇測量范圍中間位置的標(biāo)準(zhǔn)溶液，同樣的條件下測量三次。三次測量值中最大值與最小值之差為示值重復(fù)性，重復(fù)性按式（3）計算。

式中：r—— 重復(fù)性；

Tmax—— 三次測量最大值；

Tmin—— 三次測量最小值

3 注意事項

1）測試之前應(yīng)將蓋板和棱鏡表面擦拭干凈。測試完畢后，應(yīng)將蓋板和棱鏡表面的溶液擦干，再用純水將表面清洗后擦干。

2）不要將液體和水滲入調(diào)節(jié)旋鈕和目鏡內(nèi)，以免損壞內(nèi)部器件。

4 結(jié)語

本文結(jié)合手持式折射率儀原理、手持式折射率計量技術(shù)規(guī)范、冷卻液產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等切入介紹了折射率法手持式冰點測定儀的校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)項目以及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法，解決該類儀器計量校準(zhǔn)中遇到的相關(guān)難題，也能為使用冷卻液冰點測定儀的企業(yè)日常校準(zhǔn)或期間核查提供參考。