白度量值是对面粉、白糖、涂料、塑料、瓷器和 纸张等众多产品进行质量评价的一个主要指标。上海昕瑞白度计是用于测量物体表面白色和近白色程度的计量仪器。白度计测量结果的准确程度与相关产品的质量密切相关, 因此对白度计的计量在轻工、食品、建材、造纸等行业有着十分重要的意义。
在历 史 上 曾 有 过100多 种 白 度 公 式, 目 前, 仍 广 泛使用的有CIE( 甘茨) 白度、蓝光白度和亨特白度等白度公式。不同行业根据测量对象可以选择不 同的 白度 公式进行评价, 蓝光白度是国内应用广泛的量值。在白度计的蓝光白度的计量校准中, 由于选择的 计量 标准 器不同, 会得到不同的校准结果。本文使用两套计量标准器 校 准3台 白 度 计, 得 出 不 同 的 级 别 判 定, 通 过 实 验 数据分析, 证明系列标准白板的光谱特性对 白度计校准有重要的影响。
一、蓝光白度的测量和计算
国内普遍将Wb 或者R457表示为蓝光白度。实际上它是对特定波长的蓝光反射比的测量。在很多文献中它被称为蓝光亮度或ISO亮度以及蓝光漫反射因数。国际标准化组织( ISO) 对其进行如下定 义: 仪 器总 体有 效光 谱响应曲线采用峰值波长在457nm、半宽度44nm的蓝光测定样品的反射比。其定义公式为:
Wb=R457=kb∑β(λ) F(λ)Δλ式中: kb=100/ ∑F(λ)Δλ; β(λ)———样本物体色的光谱反射因数; F (λ)———蓝光白度测量仪器相对光谱响应分布, 数值见JJG512- 2002《白度计》计量检定规程表A.2;Δλ———波长间隔5nm。
二、白度计的结构
上海昕瑞白度计都属于光电积分式测色仪器, 由光源、探测器和数据处理和显示系统等组成。探测器由滤色器和光电接收器组成。用计算机程序优选滤色器的匹配与修正, 以最佳组合使仪器的光源、光学系统、探测器三者的总光谱灵敏度响应尽量符合卢瑟条件的要求。仪器经过标准白板定标后, 可以直接测量物体的色度值X10、Y10、Z10 三刺激值。卢瑟条件见JJG595- 2002《测色色差计》检定规程中公式 和公式 。某类光电积分式白度计测量蓝光白度, 采用经验公式以及计算得到的物体色的三刺激值中的Z10 计算出蓝光白度R457 值。
光电积分式白度计测 量白 度值 的误 差主 要取 决于对卢瑟条件的满足程度, 误差源有以下几点:
●光电积分式测色仪器利用经验公式( 2) 计算蓝光白度R457时, 与ISO定义的蓝光白度R457理论值的存在偏离。
●光电积分式白 度计 滤色 器设 计时, 要使 匹配 滤色 器将 仪器的 总光 谱响 应度 拟合 完全符合卢瑟条件是非常困难的。由于滤色器受到材料的限制等因素, 拟合的不完全导致在原理上存在误差。
三、有关白度计检定和校准的方法
依据JJG512- 2002, 使用系列标准白板对白度计进行检定或校准。系列标准白板在( 380~780) nm范围内平均辐亮度因数为( 90±2) %的标准白板A、( 73±4) %的标准白板B作为计量标准器。示值误差测量: 用标准白板A校准白度计, 测量另一块标准白板B; 用标准白板B校准白度计, 测量标准白板A。两次测量值与被测白板的标准值之差, 取最大值的绝对值作为白度计的示值误差。依据示值误差对白度计进行分级评价, 一级示值误差有效期不超过1.0, 二级示值误差不超过2.0。
在白度计校准过程中, 由于选择的计量标准器不同, 对同一台白度计的校准结果也会有差异。本节中利用两套系列标准白板对3台白度计分别进行校准来说明这一问题。所用的计量标准器符合JJG512- 2002的要求。实验选取了国内某厂家生产的同一型号的3台光电积分式白度计, 编号分别为1、2、3。该型号是目前国内应用较为广泛的白度计, 照明/观测条件为0/d, 可直接测量在D65照明体10°视场下的色度值。
五、对白度计检测中测量结果和级别判定的分析
用符合检定规程的两组计量标准器校准同一台白度计, 得出不同的检测级别的结论。示值误差校准结果差异达到0.4以上, 致使对仪器的级别判定也有所不同。白度计仪器本身设计原理所引起的示值误差之外,在校准白度计过程中有什么因素会导致其示值误差校准结果的差异呢? 其中两组系列标准白板在可见光波段内的光谱选择性是不同的。因此, 有必要对系列标准白板的光谱特性与白度计示值误差的相关性加以探讨。
六、讨论与建议
准确测定白度计的性能, 就需要考虑光源、探测器、修正滤光片和光学系统以及定标白板的光谱特性, 这是生产厂商和仪器研发单位需要仔细研究和解决的问题,对成品仪器进行分光谱测量是非常复杂的。计量部门采用系列标准白板的蓝光白度值对白度计进行校准检测或分级, 是对白度计作较为宽泛宏观的评估, 简单又快捷。本文所作的实验结果显示, 使用两组符合白度计检定规程要求而光谱特性不同的系列标准白板 检测 同一台白度计的蓝光白度R457值时, 会得出不同的校准结果和判定等级。系列标准白板的光谱辐亮度特性对白度计R457白度值的校准结果是有影响的, 对白度计的判定级别也有所影响。
