董佳 宋洁 王琳

【摘要】本文对赞恩杯黏度计主要参数的校准方法，以及修正系数的不确定度评定过程进行了详细的介绍，希望可以为相关计量检定工作提供参考依据。

【关键词】赞恩杯黏度计;校准;修正系数;不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.011

Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Zahn Viscosity Cups

DONG Jia，SONG Jie，WANG Lin

（Liaoning Institute of Measurement，Shengyang 110004，China）

Abstract：This paper introduces the calibration method of main parameters of Zane Viscosity Cups and the uncertainty evaluation process of correction coefficient in detail，hoping to provide reference basis for relevant metrological verification.

Key words：Zane Viscosity Cups;calibration;correction factor;uncertainty

贊恩杯黏度计是一种测量黏度的仪器，也有音译为柴氏杯、蔡恩杯。常见的赞恩杯是用不锈钢材料制成的，在杯子底部中心位置有一小孔，有很长的柄连接到杯的两端，其工作原理是液体样品在自身重力的作用下产生流动，以一定量的液体样品在一定温度下从赞恩杯中流出的时间来描述液体样品的黏度。

1赞恩杯黏度计修正系数测量条件和方法

1.1校准条件

1）环境条件：温度（20±1）℃，相对湿度≤85%RH，测试时周

围应无振动干扰。

2）校准设备和材料：国家二级及以上有证黏度标准液;秒表;温度计;恒温装置;清洗溶液等。

3）被校准对象：赞恩杯黏度计。

1.2校准方法

1.2.1校准前的准备

赞恩杯内壁表面光滑，不得有柳纹和划痕;赞恩杯必须有型号、规格、编号等唯一性标识。将赞恩杯清洗干净，用蘸溶剂的绸布擦拭干净后干燥备用。按表1选择两种不同黏度的标准液放入恒温装置，如使用恒温箱则将标准液和赞恩杯一同放入。恒温装置控制在校准温度±1℃内，持续20～30 min。

1.2.2测量重复性

按照公式（1）计算同种黏度标准液的两次流动时间t_i1和t_i2间的重复性，测量重复性应不大于2%。

其中，δ_it为第i种标准液测量重复性;t_i1为第i种标准液第一次

1.2.3修正系数（K）复现性

根据表2中所给出的公式计算两种标准液的标准流出时间t_n1和t_n2。按照式（2）计算K₁和K₂。

按照式（3）计算修正系数复现性，修正系数复现性应不大于3%。

1.2.4修正系数

在修正系数满足要求后，按照式（4）计算赞恩杯修正系数。

其中，K为修正系数;K₁为第1种标准液测量的修正系数;K₂为第2种标准液测量的修正系数。

2赞恩杯黏度计示值误差不确定度评定

依据规范中的方法采用直接测量法测量，赞恩杯放入恒温的标准液中，将杯体从标准液中垂直提起，用电子秒表测量标准黏度液的流出的时间，通过计算公式得到赞恩杯的修正系数。下面以5#赞恩杯为例，对修正系数的不确定度进行评价。

2.1数学模型及不确定传播率

2.1.1修正系数数学模型

其中：k为修正系数;k_n1为第1种标准物质的测量时间，s;t_n2为第2种标准物质的测量时间，s;t₁为第1种标准物质的标准流出时间，s;t₂为第2种标准物质的标准流出时间，s;v₁为第1种标准液在校准温度下的标准黏度值，mm²·s^-1;v₂为第2种标准液在校准温度下的标准黏度值，mm²·s^-1。

2.1.2不确定度传播率

2.1.3灵敏度系数

2.2标准不确定度的来源

测量过程中影响测量结果不确定度的因素很多，总的来说分为由黏度液带来的不确定度和测量时间带来的不确定度。由黏度液带来的不确定为：标准黏度液带来的不确定度，黏度液随时间变化带来的不确定度，恒温槽温度波动带来的不确定度。测量时间带来的不确定度为：计时器引入的不确定度，重复测量引入的不确定度。

2.2.1标准黏度液引入的相对标准不确定度

校准5#杯使用的是GBW13608和GBW13609号标准黏

度液，由黏度液的标准物质证书可知，标准黏度液的不确定为U_rel=0.33%，k=2，则由标准黏度液引入的相对标准不确定度为：

u_rel1（v₁）=u_rel1（v₂）=0.165%（8）

2.2.2标准黏度液随时间变化引入的相对标准不确定度

由于标准黏度液成分复杂，即使在恒温、避光的条件下保存，仍然存在挥发和氧化等现象。由经验可知，标准黏度液随时间的变化率约为0.2%/年，此项不确定度可视为均匀分布，则得到标准黏度液随时间变化引入的相对标准不确定度为：

2.2.3标准黏度液随温度波动变化引入的相对标准不确定度

由经验可知，当温度在20℃±1℃，对标准黏度液的影响为Δη=±3%。依据规范要求，恒温槽的温度波动为±0.1℃。温度波动对黏度液带来的不确定度可视为均匀分布，则得到恒温槽温度波动带来的相对标准不确定度为：

2.2.4重复测量引入的相对标准不确定度

依据规范要求，5#赞恩杯需要用GBW13608和GBW13609号标准黏度液重复测量2次，测量结果见表3。

采用极差法，则可得重复测量引入的相对标准不确定度为：

2.2.5计时器误差引入的相对标准不确定度

依据规范要求，计时器秒表分辨率最大为0.1s。则由计时器引入的相对标准不确定度为：

2.3标准不确定度汇总

标准不确定度汇总情况见表4。

2.4合成标准不确定度

以上各标准不确定度分量互不相关，则合成标准不确定度为：

2.5扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，修正系数测量结果不确定度为：

U_rel=k×U_rel=2×0.33%=0.7%（25）

2.6测量不确定度报告

修正系数校准结果的扩展不确定度为：

U_rel=0.7%，k=2（26）

3结语

本文依据JJF（辽）508—2021《赞恩杯黏度计校准规范》对赞恩杯黏度计的修正系数不确定度进行了评定，最终给出了赞恩杯黏度计修正系数的不确定度。

【参考文献】

[1]测量不确定度评定与表示：JJF1059.1—2012[S].

[2]赞恩杯黏度计校准规范：JJF（辽）508—2021[S].