资料介绍
中华人民共和国国家计量检定规程
JJG 757—2007
离子 计
2007-11-21发布 2008-05-21 实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
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离子计检定规程
代替 JJG 757—1991
JJG 822—1993
本规程经国家质量监督检验检疫总局于 2007年 11月 21 日批准 , 并自2008年 5月 21 日起施行。
归口单位 : 全国物理化学计量技术委员会
起草单位 : 中国测试技术研究院
本规程委托全国物理化学计量技术委员会负责解释
本规程主要起草人 :
何丘 (中国测试技术研究院)
黄敢生 (中国测试技术研究院)参加起草人 :
袁礼 (中国测试技术研究院)陈宇 (中国测试技术研究院)倪德志 (中国测试技术研究院)
目录
1 范围
本规程适用于用电极电位法测定离子活度的通用离子计、专用离子计的首次检定、后续检定和使用中检验。离子计型式评价和样机试验中有关计量性能试验也可参照本规程进行。
2 概述
离子计是测量溶液中离子活度的仪器 , 它是一台高阻抗直流电位测量仪器。离子计通过测量由溶液、离子选择电极与参比电极构成的电池电动势 , 从而测出溶液中离子活度。 电池的电动势 E与被测溶液中离子活度 αx 的关系是 :
式中 : E0— 起始电位 , 它包括离子电极 “零电位”, 参比电极电位和液接界电位等 ,
V;
R— 气体常数 , 8.314 5 J ·K-1 · mol-1 ;
T— 热力学温度 , (273.15+t) K;
F— 法拉第常数 , 9.6485×104 C · mol-1 ;
n— 离子价数 ;
αx— 离子活度。
2.302 6 称为电 极电 位的 理论 斜率 , 用 k表示。则式(1)为 E= E0 ±klgαx , 当被测离子为正离子时 , k前用 “-”; 当被测离子为负离子时 , k前用 “+ ”。
如果将 -lgαx用 pX表示 , 则
E=E0 ±kpX (2)
起始电位 E0通过标准溶液和离子计调节后消除得
pX (3)
如果将 pX进行反对数转换 , 再乘以被测离子的摩尔质量 , 可得到离子活度 :
αx = 10-pXMx (4)
式中 : Mx— 被测离子的摩尔质量 , g/mol。
离子活度与浓度的关系是 :
αx =fcx
式中 : αx— 离子活度 ;
f— 活度系数 ;
cx— 离子浓度。
当 f为常数时 , 则可计算出溶液中被测离子浓度。
3 计量性能要求
3.1 准确度等级
仪器准确 度等 级按 离子 计的 计量 性能 分为 0.2 级 , 0.1 级 , 0.05 级 , 0.02 级 , 0.01级 , 0.001级。
3.2 示值误差
示值最大允许误差应不大于表 1要求。
3.3 重复性
示值重复性应不大于表 1要求。
3.4 输入电流
输入电流应不大于表 1要求。
3.5 输入阻抗
输入阻抗应不小于表 1要求。
3.6 温度补偿器误差
在任一补偿温度下 , 输入相当于该温度下 3 pX 的电位值时 , 温度补偿器最大允许误差应不大于表 1要求。
3.7 温度测量误差
有温度传感器的离子计 , 温度示值最大允许误差应不大于表 1要求。
3.8 输出误差
有模拟电量输出的离子计 , 输出电流或电压误差应不大于表 1要求。
3.9 稳定性
电源电压不变 , 1 h 内零点和示值变化应不大于表 1要求。
3.10 电源电压适应性
电源电压在(220±22)V变化时 , 零点和示值变化应不大于表 1要求。
表 1 计量性能、技术要求
表 1 (续)
注 : 1 对数显示仪器允许为表列值再加或减最小显示值 1 个字 ;
2 带 “*” 项目为次要项目。
4 通用技术要求
4.1 外观及初步检查
4.1.1 仪器应有标明产品名称、型号、规格、制造厂名、制造日期、 出厂编号及仪器准确度等级的铭牌。2006年 5月 1 日以后制造的国产离子计应有标明制造计量器具许可证的标志、许可证编号。
4.1.2 仪器外观结构应完好无损 , 各调节器应能正常调节 , 各紧固件无松动。
4.1.3 电极插孔应完好、清洁、干燥。连接线插接应牢固无松动。
4.1.4 表面标线应均匀清晰 , 数字显示应清晰、完整。
4.1.5 指针式仪器 , 指针应平直 , 不得有卡滞、抖晃等现象。
4.2 斜率调节器调节范围
斜率调节器调节范围应符合表 1相应要求。
4.3 等电位调节器调节范围
等电位调节器调节范围应符合表 1相应要求。
4.4 定位调节器调节范围
定位调节器调节范围应符合表 1相应要求。
4.5 绝缘电阻
电源相、 中线对地(机壳)的绝缘电阻应不小于 20 MΩ。
5 计量器具控制
计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检验。
5.1 检定条件
5.1.1 检定环境条件应符合表 2 的规定。
表 2 检定环境条件
5.1.2 检定设备
5.1.2.1 直流电位差计、与电位差计配套的标准电池和检流计 , 或专用检定仪等直流标准电位发生器 , 其准确度应高于被检离子计准确度的 3倍。
5.1.2.2 1×109 Ω, ±10%电阻一只 ; 3×109 Ω, ±10%或 10× 109 Ω, ±10%电阻一只 , 电阻应有良好的屏蔽。
5.1.2.3 绝缘电阻高于 0.1×1015 Ω 的开关一只 , 相应的高绝缘接头、屏蔽线等。
5.1.2.4 数字多用表一台 , 量程不小于 2 V, 直流电压最小分辨率优于 10 μV, 扩展不
确(k) (。k= 2)优于 0.03% , 电流 最小 分辨 率优 于 0.1~mA, 扩展 不确 定度 优于 0.1% ,
.... ; 器: 准V电, :不0确.(k, 展0)定。度 (k= 2)优
5.1.2.7 标准温度计 , 测量范围(0~100)℃ , 测量误差不大于 0.1 ℃。
5.1.2.8 容量大于被 检仪 器功 耗 10倍、稳定 度优 于 1%的交 流稳 压器 一台 , 调压 器一台。
5.1.2.9 500V兆欧表一只 , 10级。
5.1.2.10 (45~55)Hz, 0.5级频率表一只。
5.2 检定项目
检定项目见表 3。
表 3 检定项目表
表 3 (续)
注 : 1 “+ ” 表示应检项目 , “-” 表示可不检项目。
2 标 “*” 项目为次要项目。
5.3 检定方法
检定前按照仪器使用说明书要求预热。
5.3.1 检定按图 1联接电路。
图 1 检定电路联接图
5.3.2 外观和初步检查
按 4.1要求用目测和手感进行检查。
5.3.3 示值误差
5.3.3.1 电位示值
检定点间隔为 100 mV; 对最小分度 ≤2 mV 的仪器 , 还应在(0~ 100) mV和靠近测量上限和测量下限的 100 mV 区间内 , 每间隔 20 mV检定一点 ; 对于最小分度 0.1 mV的仪器 , 还应在(0.0~10.0) mV 区间每间隔 2.0 mV检定一点。
离子计置电位测量功能 , 输入端串联电阻短路 , 向离子计输入零电位值 , 调节离子计零点。分别用增加和减少输入电位的方法 , 输入各检定点相应的电位值。按式(5)计算电位示值误差 :
式中 : Em — 满度电位值 , mV;
Eb— 检定点输入电位值 , mV;
Ep— 增加和减少输入时示值平均值 , mV。
5.3.3.2 pXⅠ 示值
检定点间隔为 1 pX。对 0.01级以上的离子计还应在(0~ 1)pX 区间及在测量上限值至测量上限减 1 pX区间 , 以 0.2 pX间隔检定一点。
离子计置 pXⅠ 测量 功能 , 温度 补偿 器置 25 ℃ , 输入 端串 联电 阻短 路。 输入 零电位 , 调节离子计示值为零电位 pX值。有等电位调节器的离子计 , 应按仪器说明书调节离子计等电位 值 , 再调 节定 位调 节器 使离 子计 示值 为零 电位 pX 值。 斜率 调节 器置100%处 , (对未标明斜率调节器位置的离子计 , 应输入与离子计零电位 pX值至测量上限 pX值间隔相当的电位值 , 此值按公式(6)算出 , 调节斜率调节器 , 使离子计示值为测量上限值。再输入零电位 , 调节离子计定位至零电位 pX值)。
Est =k(pXb - pX0) (6)
式中 : Est— 检定点电位标准值 , mV;
k— 检定温度电极电位理论斜率(见附录 A) , mV/pX; pXb— 检定点标称值 , pX;
pX0— 零电位 pX值 , pX。
分别用增加和减 少输 入电 位的 方法 , 输入 各检 定点 相应 的电 位值。 按式 (7)计算pXⅠ 示值误差 :
pXw = pXp - pXb1 (7)
式中 : pXp— 检定点示值平均值 , pX;
pXb1— 输入值 , pX。
5.3.3.3 pXⅡ 示值
对于采用模拟方式进行 mV-pX转换的离子计 , 还应将离子计置 pXⅡ 测量功能 ,按检定 pXⅠ 示值的同样方法 , 进行 pXⅡ 示值误差检定。不同温度的 k2值见附录 B。
5.3.3.4 活度 cⅠ 示值
离子计置活度(cⅠ ) 测量功能 , 温度补偿器置 25 ℃ , 斜率补偿器置 100% , 向离子计输入 59.160 mV 电位 , 调节 数显 式离 子计 示值 为 100, 指针 式离 子计 示值 为 1.00。根据离子计活度示值范围 , 分别用增加和减少输入电位的方法 , 输入附录 C 所列各电位中均匀分布的 10个活度的电位值。按式(8)计算活度示值误差 :
式中 : cr— 示值平均值 ;
cb— 输入电位的对应理论活度示值。
对于直接显示离子活度的离子计 , 应按照仪器说明书用两点法校正斜率后 , 分别用增加和减少输入电位的 方法 , 输入 0.2, 0.4, 0.6, … , 1.0, 2.0, 3.0 至最 大 pX值的电位值 , 计算输入增加和减少时各点活度示值的平均值。按式(9)计算活度示值误差 :
cbs— 根据输入电位及公式(4)计算得到的标准活度值。
注 : Na+ 输入电位与浓(活)度关系见附录 D。
5.3.3.5 cⅡ 活度示值
对采用模拟方式进行 pX-c转换的离子计 , 还应将离子计置 cⅡ 测量功能 , 按检定cⅠ 示值同样的方法 , 进行 cⅡ 示值误差检定。
5.3.3.6 以上示值误差各条款的检定中 , 在进行测量上限值检定时 , 如果示值超出上限不能读数 , 可将测量上限输入电位值减少 2~ 5倍最大允许误差值对应的电位量进行检定 , 作为测量上限检定结果。
5.3.4 输入电流
按 5.3.3.2调节离子计示值为零电位 pX值。输入回路串入 1×109 Ω 高阻 , 观察记录离子计示值的变化。重复测量三次 , 求出示值变化的平均值 Δ pX0。按式(10)计算输入电流 :
式中 : R— 串联电阻 R 的阻值 , Ω。
若串高阻与不串高阻测量示值无变化 , 可将串联电阻 R 换为阻值更大的电阻 , 再次进行检定并计算输入电流。若串高阻与不串高阻测量示值仍无变化 , 可以判定离子计输入电流的影响小于最小显示值的 1/3, 输入电流检定结果采用最小显示值的 1/3作为示值变化量计算。
5.3.5 输入阻抗
按 5.3.3.1调节离子计 , 分别输入正、负 1 000 mV 电位值(对于量程较小的离子计 , 输入 1/2满量程的电位。 以下各检定项目 , 量程较小时 , 均参照执行) , 记录 正、负输入的示值 VL1 和 VL2 , 断开 开关 K1 , 串入 1× 109 Ω 高阻 , 向离 子计 输入 正、 负1 000 mV电位值 , 记录正、负输 入的 示值 VH1 和 VH2 , 重复 测量 三次 , 分别 求出 不串高阻和串入高阻时示值算术平均值。按式(11)计算输入阻抗 :
式中 : VL1— 不串高阻时输入正 1000 mV, 示值平均值 , mV; VL2— 不串高阻时输入负 1000 mV, 示值平均值 , mV; VH1— 串入高阻时输入正 1000 mV, 示值平均值 , mV;
VH2— 串入高阻时输入负 1 000 mV, 示值平均值 , mV。
对于没有 mV测量 功能 的离 子计 , 输入 阻抗 检定 方法 : 输入 0 pX 至测 量上 限减1 pX的电位值 , 分别记录不串高阻和串入高阻时示值 , 重复测量三次 , 求出不串高阻和串入高阻时示值算术平均值。按式(12)计算输入阻抗 :
式中 : pXL— 不串高阻时 , pX测量示值平均值 , pX; pX0— 不串高阻时 , 0 pX示值平均值 , pX; pXH — 串入高阻时 , pX测量示值平均值 , pX;
ΔpX0— 串入高阻时 , 0 pX示值平均值 , pX。
若串高阻与不串高阻测量示值无变化 , 可将串联电阻 R 换为阻值更大的电阻 , 再次进行检定并计算输入阻抗。若串高阻与不串高阻测量示值仍无变化 , 可以判定离子计输入阻抗的影响小于最小显示值的 1/3, 输入阻抗检定结果采用最小显示值的 1/3作为示值变化量计算。
对于采用低内阻电极进行测量的专用离子计 , 输入阻抗和输入电流可以不作要求。
5.3.6 重复性
5.3.6.1 电位测量重复性
离子计置电位测量功能。输入回路串入高阻 , 向离子计输入 300 mV 电位 , 记录离子计示值。重复测量 6次 , 按式(13)计算离子计电位测量重复性 :
式中 : Ei— 高阻状态 , 第i次测量示值 , mV;
E— 6次测量示值的算术平均值 , mV。
5.3.6.2 pXⅠ 测量重复性
按 5.3.3.2调节离子计 , 输入回路串入高阻 , 向离子计输入相当于 6 pX单位的电位值 , 记录离子计示值 , 重复测量 6次 , 按式(14)计算 pX测量重复性 :
式中 : pXXi— 高阻状态 , 第i次测量示值 , pX;
pXX— 6次测量示值的算术平均值 , pX。
5.3.7 温度补偿器误差
5.3.7.1 手动温度补偿的仪器
离子计置 pXⅠ 测量功能 , 温度补偿器在其上限和下限之间调节 , 离子计示值变化应符合其分度(或最小显示)值。然后将温度补偿器调到 25 ℃以外的温度进行检定 , 检定点应选择包括温度补偿器上、下限两端点在内的有标称的温度点不少于 4个。在每一温度检定点用增加和减少输入电位的方法 , 各输入相当于该温度下 6 pX值的电位 , 求出增加和减少输入时示值的平均值 , 按公式(15)计算温度补偿器误差 :
Δ pXt (15)
式中 : pX— 示值平均值。
5.3.7.2 自动温度补偿的仪器
有温度传感器的资料时 , 用相应的温度传感器模拟装置代替温度传感器 , 温度传感器模拟装置输入相应检定温度点的模拟值。 在每一检定点用增加和减少输入电位的方法 , 各输入相当于该温度下 6 pX值的电位 , 求出增加和减少输入时示值的平均值。按公式(15)计算温度补偿器误差。
当没有温度传感器的资料时 , 可采用以下方法检定 : 将离子计温度传感器放置于精密恒温水槽中 , 分别设恒温温度为各检定点温度 , 用增加和减少输入电位的方法 , 各输入相当于该温度下 6 pX值的电位 , 求出增加和减少输入时示值的平均值。按公式(15)计算温度补偿器误差。
5.3.7.3 对于采用模拟方式进行 mV-pX转换的离子计 , 还应将离子计置 pXⅡ 测量功能 , 按检定 pXⅠ 温度补偿器误差同样的方法 , 检定离子计 pXⅡ 温度补偿器误差。
5.3.8 温度测量误差
将离子计温度传感器放入精密恒温水槽中 , 调节水温为 5, 25和 45 ℃ , 离子计温度示值与标准温度值之差即为温度示值误差。
5.3.9 输出误差
对带有模拟输出的离子计 , 在进行 5.3.3.2 pXⅠ 示值误差检定时 , 将数字多用表接在离子计输出端 , 记录离子计输出值。按式(16)计算输出误差。
式中 : Δi— 第 i次输出误差 ;
Ai— 第 i次数字多用表读数 ;
Ab— 检定点的标称输出值 ;
Am — 满量程输出值。
5.3.10 稳定性
按 5.3.3.2调节离子计 , 在以下检定过程中 , 不得对离子计再作任何调节。记录零电位示值 pX0 ; 向离子计输入 6 pX单位的电位值 , 记录示值 pXh。 每隔 10 min重复测量一次 , 共测 7次。按式(17)和式(18)计算稳定性。
Δ pX0 = pX0max - pX0 (17)
式中 : ΔpX0— 输入为零时稳定性 ;
pX0max— 7次测量零电位最大漂移时示值 ; pX0— 第一次测量示值。
式中 : ΔpXh— 6 pX单位测量mx - pXhst (18)
pXhmax— 7次测量最大漂移时示值 ;
pXhst— 第一次测量示值。
5.3.11 电源电压适应性
按 5.3.3.2调节离子计 , 输入 0 pX和 6 pX值 , 记录离子计示值 , 调节电源电压从
220V递增至 242V, 稳定 10min后 , 记录输入 0 pX和 6 pX时示值 , 然后将电源电压递减到 198V, 稳定 10 min后 , 记录输入 0 pX和 6 pX时示值。改变电源电压时 0 pX示值和 6 pX示值与电源电压 220V 时示值之差为离子计电源电压适应性。
5.3.12 斜率调节器范围
按 5.3.3.2调节离子计 , 再将斜率调节器分别置于调节范围的两个端点 , 向离子计输入电位使离子计指示 6 pX值 , 记录输入的电位值 Ea。按式(19)分别计算斜率调节器上、下限值。
Ea × 100% (19)
式中 : Eah— 斜率为 100%时 , 离子计 6 pX示值输入的电位值。
5.3.13 等电位调节器调节范围
有等电位调节器的离子计按 5.3.3.2调整后 , 旋转等电位调节器至两个端点 , 记录离子计指示值变化范围。
5.3.14 定位调节器调节范围
按 5.3.3.2调整离子计 , 旋转定位调节器 , 记录离子计指示值变化范围。
5.3.15 绝缘电阻
离子计的电源插头不接入电网 , 电源开关置接通位置 , 用兆欧表测定电源线相、 中线与地线 (机壳) 之间的绝缘电阻。
5.4 检定结果的处理
5.4.1 首次检定检定结果全部符合本规程要求的为合格仪器 , 发给检定证书。证书应给出各项检定结果数据和仪器级别。
5.4.2 后续检定 , 凡离子计的主要项目(表 1、3 中不带 “*” 的项目)全部符合本规程要求 , 而其他次要项目若有不合格 , 但不影响使用的 , 也可判定为合格仪器 , 发给检定证书 , 并注明不合格项目。
5.4.3 后续检定 , 主要项目有不合格项 , 判定为该级别不合格的仪器允许降级使用 ,但必须符合所降至级别的要求 , 按降级后的级别发给检定证书。若降至最低级别仍不合格 , 则判定为不合格 , 发给检定结果通知书 , 并注明不合格项目及数据。
5.4.4 对修理及长期存放后计量性能可能有变化的仪器 , 其后续检定按首次检定要求进行。
5.5 检定周期
检定周期为 1年。修理后或对测量结果有疑问时 , 应及时检定。
附录 A
(0~100)°Ck1值
附录 B
(0~100)°Ck2值
附录 C
输入电位与活度示值对照表
附录 D
输入电位与 Na+ 浓度对照表 (活度系数 f=1)
注 : 1 表中输入 59.160 mV 时定位为 1 pNa。
2 1pNa 以后的中间值与 0pNa和 1pNa之间的数值是相同的 , 只是小数点向左顺序移动。
附录 E
离子计检定原始记录格式
检定/校准日期年 月日 共页 第页
(一) 外观和初步检查
(二) 离子计示值误差 pXl 等电位值 : 温度补偿器值 : ℃
(三) 输入电流温度补偿器示值 ℃
(四) 输入阻抗
(五) 离子计重复性
(六) 温度补偿误差
(七) 温度测量误差
(八) 输出误差
(九) 稳定性
(十) 电源电压适应性
(十一) 斜率补偿范围
(十二) 等电位调节范围
(十三) 定位调节范围
(十四) 绝缘电阻
附录 F
检定证书内页格式 (首次检定)
注 : 1 对于可降级使用的仪器需加 :
该离子计 × × × × 项目检定结果为 × × × × , 不符合规程该级别的要求 , 降为 × × × 级使用。
2 对后续检定的证书 , 未进行检定的项目不在证书中列出。
附录 G
检定结果通知书内页格式
该离子计 × × × × 项目检定结果为 × × × × , 不符合规程的要求 , 判为不合格。
