隨著包裝行業(yè)的不斷發(fā)展，紙板作為一種重要的包裝材料，其市場需求持續(xù)增長。紙板的平滑度是衡量其表面質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，直接影響印刷性能和書寫體驗(yàn)。2025年，紙板行業(yè)對(duì)平滑度測定技術(shù)的需求日益增加，特別是在高精度測量和校準(zhǔn)方面。本文通過對(duì)紙和紙板平滑度測定儀(別克法)的研究，探討其工作原理、主要結(jié)構(gòu)特性以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并針對(duì)校準(zhǔn)難點(diǎn)進(jìn)行不確定度評(píng)定，為紙板行業(yè)的質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。

  一、紙板平滑度測定儀的工作原理

  《2025-2030年全球及中國紙板行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》平滑度測定儀(別克法)是一種廣泛應(yīng)用于紙和紙板表面平滑度檢測的儀器。其工作原理基于空氣泄入法，通過測量真空度在規(guī)定范圍內(nèi)變化所需的時(shí)間來評(píng)估紙板的平滑度。具體而言，在特定的接觸狀態(tài)和規(guī)定的壓力下，將紙板放在玻璃量砧上，產(chǎn)生半真空，從而吸入空氣并使空氣通過接觸表面。測量真空度在規(guī)定范圍內(nèi)變化所需的時(shí)間，以秒表示。這種方法能夠有效評(píng)估紙板表面的凹凸程度和平整性，為紙板的印刷性能和書寫體驗(yàn)提供重要參考。

  二、紙板平滑度測定儀的主要結(jié)構(gòu)特性

  (一)試樣加壓機(jī)構(gòu)

  紙板市場情況分析提到試樣加壓機(jī)構(gòu)的作用是為試驗(yàn)樣品提供特定的接觸壓力，確保試驗(yàn)過程中樣品不受外界干擾。由于真空容器處于半真空狀態(tài)，儀器周邊的大氣壓大于真空容器內(nèi)的壓力。如果試樣加壓機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的接觸壓力偏小，空氣會(huì)通過壓頭泄入真空容器，導(dǎo)致計(jì)時(shí)點(diǎn)壓力提前到達(dá)，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  (二)真空壓力測量系統(tǒng)

  真空壓力測量系統(tǒng)是平滑度測定儀的重要組成部分，負(fù)責(zé)在平滑度試驗(yàn)和儀器校準(zhǔn)時(shí)實(shí)時(shí)提供真空容器的真實(shí)壓力。該系統(tǒng)采用高精度的壓力傳感器和微電腦自動(dòng)控制，能夠?qū)崟r(shí)測量真空容器內(nèi)的真空壓力，并記錄規(guī)定時(shí)間內(nèi)的壓力變化。測量系統(tǒng)的密封性和各計(jì)時(shí)點(diǎn)真空壓力誤差必須符合要求，以確保測量結(jié)果的可靠性。

  (三)真空容器

  真空容器包括大真空容器和小真空容器，其容積包括到玻璃量砧表面的連接管。根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范JJF(輕工)139-2020，真空容器的體積與進(jìn)氣量結(jié)果成正比。在測量大真空容器進(jìn)氣量時(shí)，泄入10 mL空氣;在測量小真空容器進(jìn)氣量時(shí)，泄入1 mL空氣。校準(zhǔn)過程中，使用蒸餾水和分度吸量管，通過讀取分度吸量管獲得泄入的空氣體積。水的密度與溫度關(guān)系密切，校準(zhǔn)時(shí)真空容器的真空壓力下降數(shù)值固定，因此水的密度越大，達(dá)到相同重量的水體積越小。實(shí)驗(yàn)表明，在不同溫度下校準(zhǔn)的進(jìn)氣量結(jié)果存在差異，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

  三、紙板平滑度測定儀的測量結(jié)果不確定度評(píng)定

  (一)進(jìn)氣量的綜合校準(zhǔn)測量結(jié)果不確定度評(píng)定

  依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范JJF(輕工)139-2020，真空容器容積誤差和進(jìn)氣量的綜合校準(zhǔn)是紙和紙板平滑度測定儀校準(zhǔn)中的難點(diǎn)。本文針對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行測量結(jié)果不確定度評(píng)定。

  1. 測量方法

  真空容器容積采用測量泄入空氣容積的方法進(jìn)行測量。測量大真空容器進(jìn)氣量時(shí)使用分度值為0.2 mL、準(zhǔn)確度等級(jí)A級(jí)的25 mL分度吸量管;測量小真空容器進(jìn)氣量時(shí)使用分度值為0.02 mL、準(zhǔn)確度等級(jí)A級(jí)的2 mL分度吸量管。檢測環(huán)境大氣壓采用0.01級(jí)壓力校驗(yàn)儀測量。

  2. 數(shù)學(xué)模型

  ΔV0=p0piΔVi 式中：ΔV0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下泄入空氣的體積(mL);ΔVi為檢測時(shí)環(huán)境大氣壓下的泄入空氣的體積(mL);pi為當(dāng)前檢測環(huán)境大氣壓(kPa);p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325 kPa。

  3. 方差和靈敏系數(shù)

  uc2(ΔV0)=c12u2(pi)+c22u2(ΔVi) 傳播系數(shù)： c1=?(pi)?(ΔV0)=p0ΔVi c2=?(ΔVi)?(ΔV0)=p0pi4. 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

  (1)由標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

  壓力校驗(yàn)儀示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量： u1(pi)=30.0001×110=0.0064 kPa 分度吸量管示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量： 25 mL分度吸量管：u1(ΔVi)=30.05=0.029 mL 2 mL分度吸量管：u1(ΔVi)=30.008=0.005 mL(2)由測量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

  依據(jù)規(guī)程，在同一條件下進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)測量，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

  根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算，可以得到試件的單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：大氣壓：s(pi)=0.0067 kPa 10 mL測量點(diǎn)：s(ΔVi)=0.067 mL 1 mL測量點(diǎn)：s(ΔVi)=0.005 mL 實(shí)際測量時(shí)，取3次示值的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，則測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分別為：大氣壓：u2(pi)=3s(pi)=0.0039 kPa 10 mL測量點(diǎn)：u2(ΔVi)=3s(ΔVi)=0.039 mL 1 mL測量點(diǎn)：u2(ΔVi)=3s(ΔVi)=0.003 mL(3)由標(biāo)準(zhǔn)器分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

  壓力校驗(yàn)儀分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量： u3(pi)=230.01=0.0029 kPa 分度吸量管分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量： 25 mL分度吸量管：u3(ΔVi)=230.2=0.058 mL 2 mL分度吸量管：u3(ΔVi)=230.02=0.006 mL 當(dāng)分辨力引入的不確定度小于測量重復(fù)性引入的不確定度時(shí)，不考慮分辨力帶來的影響。因此，大氣壓合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： uc(pi)=u12(pi)+u22(pi)=0.0075 kPa 分度吸量管合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： 10 mL測量點(diǎn)：uc(ΔVi)=u12(ΔVi)+u32(ΔVi)=0.065 mL 1 mL測量點(diǎn)：uc(ΔVi)=u12(ΔVi)+u32(ΔVi)=0.008 mL(4)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

  10 mL測量點(diǎn)： uc(ΔV0)=c12uc2(pi)+c22uc2(ΔVi)≈0.065 mL 1 mL測量點(diǎn)： uc(ΔV0)=c12uc2(pi)+c22uc2(ΔVi)≈0.008 mL(5)擴(kuò)展不確定度

  取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為： 10 mL測量點(diǎn)：U=2×uc(ΔV0)≈0.13 mL 1 mL測量點(diǎn)：U=2×uc(ΔV0)≈0.02 mL(二)真空容器容積測量結(jié)果不確定度評(píng)定

  1. 測量方法

  依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范JJF(輕工)139-2020，采用測量泄入空氣容積的方法測量真空容器容積。以泄入10 mL空氣測量大真空容器，以泄入1 mL空氣測量小真空容器。

  2. 數(shù)學(xué)模型

  Vx=p1?p2p0ΔV0 式中：Vx為真空容器容積(mL);ΔV0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下泄入空氣的體積(mL);p1為測量時(shí)真空容器開始泄入空氣時(shí)的真空壓力(kPa);p2為測量時(shí)真空容器泄入空氣終止時(shí)的真空壓力(kPa);p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325 kPa。

  3. 方差和靈敏系數(shù)

  uc2(Vx)=c12u2(p1)+c22u2(p2)+c32u2(ΔV0) 傳播系數(shù)： c1=?(p1)?(Vx)=(p1?p2)2p0ΔV0 c2=?(p2)?(Vx)=(p1?p2)2p0ΔV0 c3=?(ΔV0)?(Vx)=p1?p2p04. 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

  (1)假設(shè)真空壓力標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

  u(p1)=0.025 kPa u(p2)=0.025 kPa(2)進(jìn)氣量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

  25 mL分度吸量管測量大真空容器：u(ΔV0)=0.065 mL 2 mL分度吸量管測量小真空容器：u(ΔV0)=0.008 mL(3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

  根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范，開始泄入空氣時(shí)的真空壓力p1=50.66 kPa，泄入空氣終止時(shí)的真空壓力p2=48.00 kPa。計(jì)算得：大真空容器：uc(Vx)=c12u2(p1)+c22u2(p2)+c32u2(ΔV0)≈5.6 mL 小真空容器：uc(Vx)=c12u2(p1)+c22u2(p2)+c32u2(ΔV0)≈0.60 mL(5)擴(kuò)展不確定度

  取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：大真空容器：U=2×uc(Vx)=12 mL 小真空容器：U=2×uc(Vx)=1.2 mL四、總結(jié)

  平滑度是衡量紙和紙板表面質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響其印刷性能和書寫體驗(yàn)。平滑度測定儀(別克法)作為一種廣泛應(yīng)用的測量工具，其準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。本文通過對(duì)平滑度測定儀的工作原理、主要結(jié)構(gòu)特性以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行了深入分析，并針對(duì)校準(zhǔn)難點(diǎn)進(jìn)行了不確定度評(píng)定。研究結(jié)果表明，校準(zhǔn)過程中必須嚴(yán)格控制環(huán)境溫度，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過這些研究，為紙板行業(yè)的質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)，有助于提高紙板產(chǎn)品的市場競爭力。

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