JJF(桂) 131-2024 林格曼黑度计校准规范

广西壮族自治区地方计量技术规范

JJF (桂)131—2024

林格曼黑度计校准规范

Cal ibrat ion Specificat ion for

Ringelmann Black Meter

2024-02-06 发布 2024-04-01 实施

广西壮族自治区市场监督管理局发 布

JJF (桂)131-2024

Calibration Specification for Ringelmann Black Meter

归口单位：广西壮族自治区市场监督管理局

起草单位：广西壮族自治区计量检测研究院

本规范委托广西壮族自治区计量检测研究院负责解释

本规范主要起草人：

王智慧(广西壮族自治区计量检测研究院)李双定(广西壮族自治区计量检测研究院)陈萍(广西壮族自治区计量检测研究院)李英(广西壮族自治区计量检测研究院)

参加起草人：

阳明珠(广西壮族自治区计量检测研究院)韦煜祺(广西壮族自治区计量检测研究院)

目录

引言 ( Ⅱ )

1 范围 ( 1)

2 引用文件 ( 1)

3 术语 ( 1)

3.1 烟羽 ( 1)

3.2 林格曼黑度级数 ( 1)

3.3 林格曼烟气黑度图 ( 1)

4 概述 ( 1)

5 计量特性 (2)

6 校准条件 (2)

6.1 环境条件 (2)

6.2 测量标准及其他设备 (2)

7 校准项目和校准方法 (3)

7.1 外观检查 (3)

7.2 示值误差 (3)

7.3 重复性(仅对 B 类仪器) (4)

7.4 稳定性(仅对 B 类仪器) (4)

8 校准结果 (4)

9 复校时间间隔 (5)

附录 A 玻璃光学分划板无法取出时林格曼黑度计的校准方法 (6)

附录 B 林格曼烟气黑度图示例 (7)

附录 C 林格曼黑度标准板示值误差校准方法 ( 12)

附录 D A 类林格曼黑度计示值误差测量不确定度评定 ( 13)

附录 E B 类林格曼黑度计示值误差测量不确定度评定 ( 17)

附录 F 校准证书内容及内页格式 ( 19)

I

引言

本规范以JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》规定的规则,以JJF1001-2011 《通用计量术语及定义》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》为基础性系列规范进行编写。

本规范为首次发布。

II

1 范围

本规范适用于测量范围在(0～5)级林格曼黑度的林格曼黑度计(又称林格曼烟气黑度望远镜)的校准。

2 引用文件

本规范引用以下文件：

HJ/T398 固定污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。

3 术语

3.1 烟羽(Plume)

从特定的出口如烟囱或排气口排出的气流(通常是可见的)。

[HJ/T 398-2007 术语和定义 2. 1]

3.2 林格曼黑度级数(Ringelmann Number)

评价烟羽黑度的一种数值，用肉眼观测的烟羽黑度与林格曼烟气黑度图对比得到。 [HJ/T 398-2007 术语和定义 2.2]

3.3 林格曼烟气黑度图(Ringelmann Smoke Chart)

标准的林格曼烟气黑度图由 14cm×21 cm 的不同黑度的图片组成，除全白与全黑分别代表林格曼黑度 0 级和 5 级外，其余 4 个级别根据黑色条格占整块面积的百分比来确定，黑色条格的面积占 20%为 1 级，占 40%为 2 级，占 60%为 3 级，占 80%为 4 级。

[HJ/T 398-2007 术语和定义 2.3]

4 概述

林格曼黑度计按照原理可以分为目视黑度计( 目视烟尘望远镜)(以下称为 A 类)和光电式黑度计(光电式烟尘望远镜)(以下称为 B 类)。

A 类仪器可分为双目望远系统和单目望远系统。把通用的标准林格曼烟气黑度图缩制在一块玻璃上。将在望远镜目镜中看到烟羽黑度与林格曼烟气黑度图直接作对比，从而对烟气黑度进行监测，确定烟气的黑度等级。

B 类仪器利用光学传感器来对目标测量，采用光电转换技术，用微电脑模拟林格曼图进行对比测量。对烟气黑度进行自动监测打印记录，所有数据通过微机快速处理，按显示结果或打印记录的数据即可确定被测烟气的林格曼黑度等级。

1

林格曼黑度计原理见图 1。

图 1 林格曼黑度计原理图

5 计量特性

仪器的计量特性见表 1。

表 1 计量特性

校准项目

A 类仪器

B 类仪器

示值误差

±0.25 级

±0.3 级

重复性

/

不大于 0.2 级

稳定性

注：上述计量特性要求不用于合格性判断，仅供参考。

6 校准条件

6.1 环境条件

环境温度为(5～35) ℃ , 环境湿度不大于 85% RH。

无影响林格曼黑度计正常校准的外磁场、周围无强烈振动、无高浓度粉尘及腐蚀性物质，应避免其他冷、热源影响。

6.2 测量标准及其他设备

测量标准及其他设备见表2。

表 2 测量标准及其他设备

序号

设备名称

技术要求

林格曼黑度标准板

扩展不确定度应不大于 0.08 级(k=2)

2

影像测量仪或万能工具显微镜

影像测量仪：U=0.5 μm，k=2;

万能工具显微镜 MPE：(1+L/100) μm

注：允许采用满足测量不确定度要求的其它测量设备。

7 校准项目和校准方法

7.1 外观检查

林格曼黑度计应结构完整，不应有锈蚀及损伤，无影响仪器正常工作的缺陷;显示部分显示清晰，无影响读数的缺陷; B 类光电式黑度计通电后能够正常工作。

7.2 示值误差

7.2.1 A 类仪器

用影像仪测量 A 类仪器的玻璃光学分划板，有效部分总长与总宽为：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，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 =(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 n 代表空白格子数量。

按公式(1)计算林格曼黑度等级 Ki：

Ki (1)

式中：

S 总玻璃光学分划板有效部分总面积，mm2;

S 白—— 白色格子总面积，mm2;

Ki 林格曼黑度计算值，级。

按公式(2)分别计算仪器各等级黑度值的示值误差△i，取其中示值误差绝对值最大的作为校准结果。

△i = KS -Ki (2)

KS——林格曼黑度标称值，级;

Ki 林格曼黑度计算值，级;

△i 示值误差，级。

注： 当 A 类仪器玻璃光学分划板无法取出时，校准方法见附录 A。

7.2.2 B 类仪器

将 B 类仪器的测量光路对准林格曼黑度标准板，调整距离，使标准板在林格曼黑度

计目镜中成像清晰，林格曼黑度标准板等级为 Ks 级，Ks 分别为 0 级、1 级、2 级、3 级、

3

4 级、5 级。使用B 类仪器分别进行3 次测量，取平均值K，按公式(3)计算示值误差

△i，取其中示值误差绝对值最大的作为校准结果。

△i = K - Ks (3)

K 林格曼黑度3 次测量的平均值，级;

Ks 林格曼黑度标准值，级;

7.3 重复性(仅对 B 类仪器)

将 B 类仪器的测量光路对准林格曼黑度标准板，使用林格曼黑度等级为 4 级的标准板。使用B 类仪器进行连续 6 次测量，按公式(4)计算仪器的重复性。

SA——重复性，级;

Ki ——第 i 次测量值，级;

K ——n 次测量平均值，级;

n 测量次数，n=6。

7.4 稳定性(仅对 B 类仪器)

将 B 类仪器的测量光路对准林格曼黑度标准板，使用林格曼黑度等级为 4 级的标准板。使用B 类仪器进行 1 小时测量，每隔 15 分钟读取一个数值 Ti，按公式(5)进行计算，其读数最大值与最小值之差即为稳定性。

ΔT=Tmax - Tmin (5)

ΔT——稳定性，级;

Tmax ——最大测量值，级;

Tmin——最小测量值，级。

8 校准结果

按照本规范要求，校准完毕后出具校准证书。校准证书应包含的信息见附录 E。

4

9 复校时间间隔

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔，建议为 1 年。

5

附录 A

玻璃光学分划板无法取出时林格曼黑度计的校准方法

林格曼黑度计的玻璃光学分划板无法取出测量时，使用林格曼黑度标准板进行比对测量。将林格曼黑度计的测量光路对准林格曼黑度标准板， 目视测量，除 0 级全白与 5级全黑可直接判断外，以 1 级为标准点分别对0.75 级、1 级、1.25 级标准板进行比较测量;2 级为标准点分别对 1.75 级、2 级、2.25 级标准板进行比较测量;3 级为标准点分别对2.75 级、3 级、3.25 级标准板进行比较测量;4 级为标准点分别对 3.75 级、4 级、 4.25 级标准板进行比较测量。通过上述方法判断其示值误差是否小于0.25 级。

6

附录 B

林格曼烟气黑度图示例

标准的林格曼烟气黑度图由不同黑度的图片组成，可以通过在白色背景上确定宽度的黑色线条和间隔的矩形网格来准确印制。除全白与全黑分别代表林格曼黑度 0 级和 5级外，其余各级别是根据黑色条格占整块面积的百分数来确定的，示例每张图片中，网格所占的面积是 14 cm×21 cm，每个小格长 10 mm，宽 10 mm。每张图片上的网格由294个小格组成。以下为 1 级、2 级、3 级、4 级黑度图参数示例。其余等级黑度图参数可参照计算。

(林格曼黑度图测量方法参照附录C)

图 B.1 林格曼黑度 1 级，每个小格长、宽均为 10 mm，黑色线条宽 1.056 mm，余下 8.944mm×8.944 mm 平方的空白(黑色条格的面积占 20%)。

图 B.2 林格曼黑度2 级，每个小格长、宽均为 10 mm，黑色线条宽2.254 mm，余下 7.746 mm×7.746 mm 平方的空白(黑色条格的面积占 40%)。

图 B.3 林格曼黑度 3 级，每个小格长、宽均为 10 mm，黑色线条宽 3.675 mm，余下 6.325 mm×6.325 mm 平方的空白(黑色条格的面积占 60%)。

图 B.4 林格曼黑度 4 级，每个小格长、宽均为 10 mm，黑色线条宽 5.528 mm，余下 4.472 mm×4.472 mm 平方的空白(黑色条格的面积占 80%)。

备注：由于 0 级和 5 级视觉明显，因此不作描述。

7

图 B.1 林格曼黑度 1 级(黑色线条面积占总面积的 20%)

8

图 B.2 林格曼黑度2 级(黑色线条面积占总面积的40%)

9

图 B.3 林格曼黑度3 级(黑色线条面积占总面积的60%)

10

图 B.4 林格曼黑度 4 级(黑色线条面积占总面积的 80%)

11

附录 C

林格曼黑度标准板示值误差校准方法

用影像仪或万工显测量林格曼黑度标准板，有效部分总长与总宽为：L、H，总面积S 总=L×H。

从标准板中心点位置取 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，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 =(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 n 代表空白格子数量。

按公式(C. 1)计算林格曼黑度等级 Ki：

Ki (C. 1)

S 总标准板有效部分总面积，mm2;

S 白白色格子总面积，mm2;

按公式(C.2)分别计算标准板各等级黑度值的示值误差△i。

△i = KS - Ki (C.2)式中：

12

附录 D

A 类林格曼黑度计示值误差测量不确定度评定

D.1 测量方法

用影像仪测量 A 类仪器的玻璃光学分划板总长与总宽，计算总面积。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，每一个测量其长和宽，计算其面积取平均值乘以白格总数得到白格总面积，用总面积减白格面积再除以总面积再乘以5 得到黑度等级实测值。用标称值减实测值得到示值误差。

D.2 测量模型

△i = KS - Ki (D. 1)式中：KS——林格曼黑度标称值，级;

D.3 方差和灵敏系数

u (Δi) = c12u2 (Ki)+c22u2 (Ks) (D.2)

式中: c1 = 1，c2 = -1

D.4 标准不确定度评定

D.4.1 林格曼黑度计算值不确定度u1 (Ki)

数学模型：

Ki (D.3)

式中: c

D.4.1.1 总面积计算值不确定度u(S总)

数学模型为：

S 总= a .b (D.5)

13

u b2u2+a2u2 (D.6)

D.4.1.1.1 边长测量重复性引入的不确定度u1 (a)、u1 (b)

边长 a 进行 10 次测量，数据为(mm)：2.427、2.428、2.428、2.430、2.428、2.426、 2.427、2.428、2.428、2.429 平均值：2.428;

边长 b 进行 10 次测量，数据为(mm)：1.622、1.623、1.623、1.622、1.621、1.620、 1.621、1.622、1.624、1.623 平均值：1.622;

可采用 A 类方法进行评定。按贝塞尔公式计算：

s (D.7)

u1 (a)=s(a) = 0.0011mm

u1 (b)=s(b) = 0.0012 mm

D.4.1.1.2 影像测量仪引入的不确定度u(x)

影像测量仪 MPE：±(1.6+L/300)μm，均匀分布，则有：

D.4.1.1.3 边长、宽度测量的合成标准不确定度边长测量的合成标准不确定度

D.4.1.1.4 总面积计算值合成标准不确定度u(S总)

u b2u2+a2u2 = 0.0043 mm2

D.4.1.2 空白格面积计算值不确定度u(S白)

S白=n . S白 (D.9)

其中：S白

14

S白i=Li × Hi (D. 10)

Li——第 i 次边长测量值，mm;

Hi——第 i 次宽度测量值，mm;

D.4.1.2.1 边长、宽度测量重复性引入的不确定度u1 (Li)、u1 (Hi)

边长 Li 进行 10 次测量，数据为(mm)：0.018、0.016、0.017、0.017、0.017、0.016、 0.017、0.018、0.018、0.016 平均值：0.017;

宽度 Hi 进行 10 次测量，数据为(mm)：0.017、0.016、0.017、0.017、0.016、0.017、 0.017、0.018、0.018、0.016 平均值：0.017;

s (D. 12)

u1 (Li)=s(Li) = 0.0008mm

u1 (Hi)=s(Hi) = 0.0007 mm

D.4.1.2.2 影像测量仪引入的不确定度u(x)

D.4.1.2.3 边长、宽度测量的合成标准不确定度u(Li)、u(Hi)

D.4.1.2.4 空白格总面积计算值合成标准不确定度u(S白 )实际计算时，测量五次取平均值，因此

15

D.4.1.2.5 空白格总面积计算值合成标准不确定度u(S白)

u =nu mm2

D.4.1.3 林格曼黑度计算值合成标准不确定度u(Ki)

u c32u2+c42u2 = 0.04 级

D.4.2 林格曼黑度标称值不确定度u(Ks)

林格曼黑度标称 Ks 为 1 级～4 级的常数，故u(Ks)=0 级D.5 合成标准不确定度uc

D.5.1 主要标准不确定度汇总表

表 D.1 主要标准不确定度一览表

不确定度来源

u(xi)

总面积计算值合成标准不确定度u(S总)

0.0043 mm2

空白格总面积计算值合成标准不确定度u(S白)

0.033 mm2

林格曼黑度计算值合成标准不确定度u(Ki)

0.04 级

林格曼黑度标称值不确定度分量u(Ks)

0 级

D.5.2 合成标准不确定度uc

uc c12u2+c22u2= 0.04 级

D.6 扩展不确定度 U

U = k ×uc (Δi) 取 k=2，则：

U = k ×uc (Δi) = 0.08 级

16

附录 E

B 类林格曼黑度计示值误差测量结果的不确定度评定

E.1 概述

E.1.1 计量标准：林格曼黑度标准板，U=0.08 级，k=2。

E.1.2 被测对象：光电式烟尘望远镜，测量范围(0～5)级。

E.1.3 测量方法

将光电烟尘望远镜的测量光路对准林格曼黑度标准板，光电烟尘望远镜的显示值(3次的平均值)与林格曼黑度标准板的标准值对比，计算示值误差。

E.2 数学模型

△ = x - xs (E. 1)式中：

△——示值误差，级;

x ——林格曼黑度测量值平均值，级;

xs 林格曼黑度标准值，级。

E.3 方差和灵敏系数

u (Δ) = c12u2 (x)+c22u2 (xs) (E.2)

式中：c1 = 1，c2 = -1

E.4 标准不确定度评定

E.4.1 仪器重复性引入的不确定度u1 (x)

输入量x 的不确定度来源，主要是光电式烟尘望远镜的测量重复性，可采用 A 类

方法进行评定。按贝塞尔公式计算：

s (E.3)

用一台光电式烟尘望远镜对同一标准黑度值重复测量 10 次，得到一组数据，如下：

2.2 级、2.2 级、2.3 级、2.2 级、2.2 级、2.2 级、2.3 级、2.2 级、2.2 级、2.2 级。

平均值为 2.21 级，标准偏差 s(x) =0.042 级。

17

实际校准时重复测量 3 次，取平均值作为测量值，则有：

u 级E.4.2 仪器分辨力引入的不确定度u2 (x)

光电式烟尘望远镜的分辨力为0.1 级, 引入的不确定度为：

u 级

仪器重复性和分辨力引入的不确定度取大值，较小值舍去。则有：

u(x)=u2 (x)=0.029 级E.4.3 标准板引入的不确定度u(xs)

林格曼黑度标准板的测量不确定度 U=0.08 级，k=2。则：

u 级E.5 合成标准不确定度uc

E.5.1 主要标准不确定度汇总表

表 E.1 主要标准不确定度一览表

仪器分辨力

0.029 级

标准板

E.5.2 合成标准不确定度uc

uc c12uc22u2=0.049 级

E.6 扩展不确定度 U

U = k × uc (Δ) 取 k=2，则 U = k × uc (Δ) = 2× 0.049 ≈0.1 级

18

附录 F

校准证书内容及内页格式

F.1 校准证书至少包括以下信息：

a)标题，如“校准证书 ”;

b)实验室名称和地址;

c)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);

d)证书或报告的唯一性标识(如编号)，每页及总页的标识;

e)送校单位的名称和地址;

f)被校对象的描述和明确标识;

g)进行校准的日期;

h)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;

i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;

j)校准环境的描述;

k)校准结果及其测量不确定度的说明;

l)校准证书签发人的签名、职务，以及签发日期;

m)校准结果仅对被校对象有效的声明;

n)未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。 F.2 校准证书内页格式见表 F.1

表F.1 校准证书内页格式

校准结果(级)

测量不确定度U(k=2)

注：校准证书的内容应符合 JJF 1071《国家计量校准规范编写规则》的要求。 由于各实验室对校准证书有自己的设计，本附录仅建议与校准内结果相关部分的内页格式。其中的部分内容可以由于实验室的证书格式不同而在其他部分表述。