pH(酸度)计示值误差测量结果不确定度评定方法

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Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Indication Error of pH (acidity) Meter
10.16629/ki.1674-2796.2020.06.003
[收稿日期] 2020-09-07
[作者简介]赵旭（1977—），女 ，硕士研究生，工程师，
从事能源供热的生产经营管理工作。

pH（酸度）计示值误差测量结果不确定度评定方法
赵旭1，李哲2
（ 1、青岛能源开源热电有限公司，青岛 266000
2、中认尚动（上海）检测技术有限公司，上海 200233 ）
摘要：依据J J G 119-2018实验室p H（酸度）计检定规程以及J J F 1059.1-2012测量不确定度评定与表示等相关标准，分析介绍p H（酸度）计示值误差测量结果的不确定度评定方法。

关键词：pH（酸度）计；示值误差不确定度；直接比较法；标准溶液测量法中图分类号：TM930.8 文献标识码：A 文章编号：1674-2796（2020）06-0009-03
Evaluation of Uncertainty in Measurement Results of Indication
Error of pH (acidity) Meter
Zhao Xu 1, Li Zhe 2
( 1. Qingdao Energy Kaiyuan Thermoelectricity Co., Ltd, Qingdao 2660002. CQC Standard Testing Technology （Shanghai ）Co., Ltd, Shanghai 200233 )
Abstract: According to JJG 119-2018 Laboratory pH (acidity) meter verification regulation, JJF 1059.1-2012 Measurement uncertainty evaluation and expression and relevant standards, the uncertainty evaluation method of pH (acidity) meter indication error in measurement results is introduced in detail.
Keywords: pH (acidity) meter ；Uncertainty of indication error ；Direct comparison ；Standard solution measurement
0　引言
实验室pH（酸度）计是一种电化学分析仪器，用于测量水溶液的pH 值，pH（酸度）计广泛应用在各个领域，对其展开定期校准极为必要。

此时，需要应用pH（酸度）计检定装置以及pH 标准溶液，结合校准结果对pH （酸度）计实施维护。

同时，还需要根据校准结果进行示值误差的不确定度分析，以确保校准的科学性。

1　评定方法
1.1　电计示值
1）测试方法
pH（酸度）计电计的示值误差测量采用直接比较法进行。

即用被校pH（酸度）计的读数平均值与pH（酸度）计检定装置的pH 设定值差，以确定被校pH（酸度）计测试仪的示值误差。

本次使用的pH（酸度）计检定仪校准范围为0pH ～14pH,其最大允许误差为±0.0005pH。

被校对象为0.1级pH （酸度）计。

2）标准不确定度来源
pH（酸度）计电计示值误差测量结果的标准不确定度来源主要有：检定装置引入的不确
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定度分量（B类）；被校pH（酸度）计重复测量所形成的不确定度分量（A类）。

3）计算灵敏系数
数学模型：ΔpH
示＝pH
示
-pH
实
灵敏系数：C1
==1C
2
=-1
4）计算不同标准不确定度分量
上述标准不确定度来源依照顺序分别设定
为u(X
1)、u(X
2
)。

——pH（酸度）计检定装置引入的标准不确定度u(X
1
)评定（B类）
由于pH（酸度）计检定装置的pH示值最大允许误差为±0.0005pH，则半宽度为0.0005pH，在区间0pH～14pH内可认为服从均匀分布。

其计算公式如下
：
——被校pH（酸度）计重复测量引入的
标准不确定度u(X
2
)评定（A类）
u(X2)的不确定度来源主要是被校pH（酸度）计读数的不重复性，可通过连续测量被校pH（酸度）计示值得到测量值，采用A类评定方法进行评定，对被测pH(酸度）计在7.0000pH设定点上连续测量10次，每次测量需重新调整被校pH（酸度）计，测试所得数据见表1。

表1　10次测量值实验结果
序号示值/pH
17.01
27.02
37.03
47.02
57.02
67.02
77.03
87.02
97.03
107.02
7pH：
单次实验标准差：
u(X2）=0.006 pH
5）标准不确定度的合成
输入量u(X
1
)与u(X
2
)彼此独立不相关，故合成标准不确定度可按下式得到：
6）标准不确定度的拓展
扩展因子为2，计算可得出扩展不确定度为0.01pH。

2　仪器示值
1）测试方法
pH（酸度）计仪器的示值误差测量采用标准溶液测量法进行。

即用一种标准溶液校准仪器后，测量另一种标准溶液的pH值，将测量值与标准溶液的标准值进行比较，即可得出仪器示值误差。

本次使用的pH（酸度）计标准溶液为6.88pH,U=0.01pH（k=3）。

被校对象为0.1级pH（酸度）计。

2）标准不确定度来源
pH（酸度）计仪器示值误差测量结果的标准不确定度来源主要有：pH标准溶液引入的不确定度分量（B类）；被校pH（酸度）计重复测量所形成的不确定度分量（A类）。

3）计算灵敏系数
数学模型：ΔpH
仪示
＝pH
仪示
-pH
实
灵敏系数：C1
==1
C
2
==-1
4）计算不同标准不确定度分量
上述标准不确定度来源依照顺序分别设定
为u(X
3
)、u(X
4
)。

——pH标准溶液引入的标准不确定度u(X3)评定（B类）
pH标准溶液不确定度来源主要是由标准
溶液的不确定度u
1
(X
3
)以及环境温度影响u
1
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（X 3）引起。

该标准溶液经校准确认符合说明书的技术指标要求，其扩展不确定度为0.01pH，k =3。

则不确定度u 1(X 3)＝0.003pH。

标准溶液温度按Nenst 方程进行温度补偿。

式中　E —电极电位差
　T —校准时标准溶液的热力学温度　A —常数
温度测量不确定度的影响为：
式中　u (T )为校准时标准溶液热力学温度的测量标准不确定度
当T =293.15K（20℃），pH T =6.88，温度校准误差在±0.4℃范围内，则
：
即
：
——被校pH（酸度）计重复测量引入的标准不确定度u (X 4)评定（A 类）
u (X 4)的不确定度来源主要是被校仪器读数的不重复性，可通过连续测量被校仪器示值得到测量例，采用A 类评定方法进行评定，对被测对象在6.88pH（20℃）标准溶液下连续测量10次，每次测量需重新调整被校测试仪，测试所得数据见表2。

表2　10次测量值实验结果序号
示值/pH 1 6.852 6.853 6.864 6.835 6.856 6.847 6.858 6.869 6.8610
6.85
6.88pH ：
单次实验标准差：
则u(X 4）=0.0094pH 5）标准不确定度的合成
输入量u (X 3)与u (X 4)彼此独立不相关，故合成标准不确定度可按下式得到：
6）标准不确定度的拓展
扩展因子为2，计算可得出扩展不确定度为0.02pH。

3　结语
本文通过详细介绍pH 酸度计不确定评定的方法，旨在减少检验精度误差对实验过程带来的不利影响，同时为实验室出具检验结果提供重要保障。

测量不确定度的评定是工作科学性和准确性的表现，也是提高实验室专业技术水平的重要措施。

参考文献：
[1] V erification regulation of laboratory pH (acidity) Meter JJG 119-2018.[2] Evaluation and expression of measurement uncertaintyJJF 1059.1-2012.[3] 全国物理化学计量技术委员会. 实验室pH（酸度）计检定规程.JJG 119-2018[S]:北京:中国标准出版社,2019.[4] 全国法制计量管理计量技术委员会.JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示. [S]:北京:中国标准出版社,2019.。