Государственная поверочная схема для средств измерений угла вращения плоскости поляризации
(утв. Приказом Росстандарта от 20.10.2022 № 2652)
Примечание
В соответствии с Приказом Росстандарта от 20.10.2022 № 2652 данный документ введен в действие с 01.01.2023.
ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ
flowchart LR n0["ГОСТ 8.590-2009"]:::rst click n0 "https://bukva.ai/docs/rd-34-09-604-89" "ГОСТ 8.590-2009. Межгосударственный стандарт. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений угла вращения плоскости" n1["Государственная поверочная схема... (от 20.10.2022 N 2652)"]:::doc click n1 "https://bukva.ai/docs/shema-2652" "Государственная поверочная схема для средств измерений угла вращения плоскости поляризации (утв. Приказом Росстандарта от 20.10.2022 N 2652)" n0 --> n1 classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000; classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000; classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;
Утверждена Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2022 г. № 2652
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА
ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ УГЛА ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ
1. Область применения
1.1. Настоящий документ распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений угла вращения плоскости поляризации оптического излучения в видимой области спектра и устанавливает порядок передачи единицы угла вращения плоскости поляризации от государственного первичного эталона при помощи вторичного и рабочих эталонов средствам измерений с указанием показателей точности и основных методов передачи единицы.
Графическая часть Государственной поверочной схемы для средств измерений угла вращения плоскости поляризации представлена в Приложении А.
2. Сокращения
2.1 В настоящем документе использованы следующие сокращения:
ГПЭ — государственный первичный эталон;
СКО — среднее квадратическое отклонение;
НСП — неисключенная систематическая погрешность;
УВПП — угол вращения плоскости поляризации;
ICUMSA — International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (Международная комиссия по унифицированным методам анализа в сахарной промышленности).
3. Государственный первичный эталон
3.1. Государственный первичный эталон единицы угла вращения плоскости поляризации предназначен для воспроизведения, хранения и передачи единицы угла вращения плоскости поляризации (УВПП) при помощи вторичного и рабочих эталонов средствам измерений.
3.2 Государственный первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений и оборудования:
цифрового поляриметра со стабилизированным по частоте He-Ne лазером на длине волны 632,9914 нм в вакууме;
мер УВПП в виде пластинок поляриметрических, которые получают единицу УВПП в угловых градусах ° на цифровом поляриметре на длине волны 632,9914 нм в вакууме и это значение пересчитывается на длины волн 589,4400, 546,2271 нм в вакууме по эмпирической формуле, приведенной в Приложении Б. Также мерам УВПП может присваиваться единица по международной сахарной шкале °Z, принятой международной организацией ICUMSA, в соответствии с формулами, приведенными в Приложении В.
3.3. Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы УВПП со следующими метрологическими характеристиками:
диапазон значений УВПП составляет от минус 70° до плюс 70° для излучения с длиной волны 632,9914 нм в вакууме, от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме;
среднее квадратическое отклонение (СКО) результатов измерений S при 50 независимых измерениях, не более 0,0003°;
граница неисключенной систематической погрешности (НСП) \Theta \sum , не более 0,0007°;
стандартная неопределенность, оцениваемая по типу A, uA, не более 0,0003°;
стандартная неопределенность, оцениваемая по типу B, uB, не более 0,0004°;
суммарная стандартная неопределенность, uC, не более 0,0005°;
расширенная неопределенность Uр при коэффициенте охвата 3 и доверительной вероятности P = 0,99, не более 0,0015°.
3.4. Государственный первичный эталон применяют для передачи единицы УВПП вторичному эталону сличением при помощи компаратора, а также рабочим эталонам 1-го разряда методом прямых измерений.
4. Вторичный эталон
4.1. В качестве вторичного эталона применяют эталонные установки, представляющие собой поляриметры автоматические, в диапазоне измерений УВПП от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
4.2. СКО суммарной погрешности S \sum вторичного эталона не более 0,0025°.
4.3. Вторичный эталон применяют для передачи единицы УВПП рабочим эталонам 1-го и 2-го разряда методом прямых измерений.
5. Рабочие эталоны
5.1 Рабочие эталоны 1-го разряда
5.1.1. В качестве рабочего эталона 1-го разряда применяют меры УВПП, представляющие собой пластинки поляриметрические, в диапазоне от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
5.1.2. Доверительные границы абсолютной погрешности \delta рабочего эталона 1-го разряда при доверительной вероятности P = 0,95 не более 0,003°.
5.1.3. Рабочий эталон 1-го разряда применяют для передачи единицы УВПП средствам измерений в виде высокоточных поляриметров, сахариметров автоматических, цифровых, а также в виде поляриметров, сахариметров автоматических, цифровых, полуавтоматических, круговых и портативных методом прямых измерений.
5.2 Рабочие эталоны 2-го разряда
5.2.1. В качестве рабочего эталона 2-го разряда применяют меры УВПП, представляющие собой пластинки и кюветы поляриметрические, в диапазоне от минус 35° до плюс 35° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 41° до плюс 41° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
5.2.2. Доверительные границы абсолютной погрешности \delta рабочего эталона 2-го разряда при доверительной вероятности P = 0,95 составляют от 0,005° до 0,010°.
5.2.3. Рабочий эталон 2-го разряда применяют для передачи единицы УВПП средствам измерений в виде поляриметров, сахариметров автоматических, цифровых, полуавтоматических, круговых и портативных методом прямых измерений.
6. Средства измерений
В качестве средств измерений применяют:
6.1. Высокоточные поляриметры, сахариметры автоматические, цифровые с диапазонами измерений УВПП от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
Пределы допускаемой абсолютной погрешности \Delta измерений УВПП составляют от 0,003° до 0,008°.
6.2. Поляриметры, сахариметры автоматические, цифровые с диапазонами измерений УВПП от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
Пределы допускаемой абсолютной погрешности \Delta измерений УВПП составляют от 0,008° до 0,010°.
6.3. Поляриметры, сахариметры полуавтоматические, круговые и портативные с диапазонами измерений УВПП от минус 76° до плюс 76° для излучения с длиной волны 589,4400 нм в вакууме, от минус 90° до плюс 90° для излучения с длиной волны 546,2271 нм в вакууме.
Пределы допускаемой абсолютной погрешности \Delta измерений УВПП составляют от 0,01° до 0,20°.
6.4. Поляриметры могут иметь другие или дополнительные шкалы, например, международную сахарную шкалу °Z (приложение В), принятую международной организацией ICUMSA. Допускается в поляриметрах иметь также шкалу концентрации других веществ в процентах или весовых долях и т.п. В этом случае к поляриметрам должна быть приложена пересчетная таблица угла вращения плоскости поляризации.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ УГЛА ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ
\lambda — длина волны излучения в вакууме
Меры УВПП в виде пластинок поляриметрических представляют собой кварцевую пластинку, установленную в металлическую оправу по ГОСТ 22409-77 «Пластинки поляриметрические. Технические требования». При расчете номинальной толщины кварцевой пластинки необходимо знать зависимость удельного вращения кварца от длины волны.
Зависимость удельного вращения кварца от длины волны при 20 °C, т.е. угол (в угловых градусах), на который поворачивается плоскость поляризации линейно поляризованного света, прошедшего кварцевую пластинку толщиной 1 мм, задается эмпирической формулой, принятой на 22 сессии ICUMSA в 1998 году (см. J. Keitel. Subject 4. Polarimetry and Quartz Plates. ICUMSA Proceeding, 1998, 22nd Session, ISBN:978-0-905003-17-7):
\alpha(\lambda) = - 0,1963657 + \frac{7,262667}{\lambda^{2}} + \frac{0,1171867}{\lambda^{4}} + \frac{0,0019554}{\lambda^{6}} ,
где \lambda — длина волны в мкм. Диапазон применения этой формулы от 407,9 нм до 882,6 нм.
Из этой формулы вычисляют значения удельного вращения кварца в угловых градусах для стандартных длин волн в вакууме 632,9914 нм, 589,4400 нм и 546,2271 нм:
\alpha_{633} = 18,6899^{\circ},
\alpha_{589} = 21,7244^{\circ},
\alpha_{546} = 25,5353^{\circ}.
Для пересчета измеренного на длине волны 632,9914 нм УВПП кварцевой пластинки на длины волн 589,4400 нм и 546,2271 нм в вакууме измеренный УВПП надо умножать на следующие коэффициенты:
\frac{\alpha_{589}}{\alpha_{633}} = 1,16236,
\frac{\alpha_{546}}{\alpha_{633}} = 1,36626.
Для пересчета УВПП с длины волны 546,2271 нм на длину волны 589,4400 нм в вакууме и наоборот надо использовать следующие коэффициенты:
\frac{\alpha_{589}}{\alpha_{546}} = 0,85076,
\frac{\alpha_{546}}{\alpha_{589}} = 1,17542.
Эти коэффициенты более точные, чем аналогичные коэффициенты, приведенные в ГОСТ 8.239-77 «ГСИ. Пластинки поляриметрические. Методика поверки».
Если во время измерений УВПП температура кварцевой пластинки отличается от 20 °C, то необходимо пересчитать значение ее УВПП для 20 °C по следующей эмпирической формуле, также принятой на 22 сессии ICUMSA в 1998 году:
\frac{\alpha_{t^{\circ}\text{С}}}{\alpha_{20^{\circ}\text{С}}} = 1,0 + (\text{а}_{1} + \text{а}_{2} \cdot \frac{1}{\lambda} + \text{а}_{3} \cdot \frac{1}{\lambda^{2}}) \cdot (t - 20),
где a1 = 1,280924·10-4, a2 = 1,0852636·10-5, a3 = -9,0311692·10-7.
Из этой формулы для стандартных длин волн 546,2271 нм, 589,4400 нм и 632,9914 нм в вакууме следуют следующие выражения:
\frac{\alpha_{t^{\circ}\text{С}}}{\alpha_{20^{\circ}\text{С}}} (546\text{нм}) = 1,0 + 0,000145 \cdot (t - 20),
\frac{\alpha_{t^{\circ}\text{С}}}{\alpha_{20^{\circ}\text{С}}} (589\text{нм}) = 1,0 + 0,000144 \cdot (t - 20),
\frac{\alpha_{t^{\circ}\text{С}}}{\alpha_{20^{\circ}\text{С}}} (632\text{нм}) = 1,0 + 0,000143 \cdot (t - 20).
Формула пересчета для длины волны 589 нм более точная, чем приведенная в ГОСТ 8.239-77 «ГСИ. Пластинки поляриметрические. Методика поверки».
Использован материал, приведенный в Приложении A Международных рекомендаций OIML R 14 «Polarimetric saccharimeters graduated in accordance with ICUMSA International Sugar Scale», редакция 1995 (E), Международного общества законодательной метрологии (International Organization of Legal Metrology).
В.1 Точка 100 °Z Международной сахарной шкалы ICUMSA соответствует углу вращения плоскости поляризации \alpha , которое претерпевает плоскополяризованный свет зеленой линии изотопа Hg198 ( \lambda = 546,2271\text{нм} в вакууме), при прохождении слоя раствора толщиной 200,000 мм, поддерживаемого при t = 20 °C и содержащего в 100,000 см3 26,0160 г чистой сахарозы, взвешенной в пустоте и растворенной в чистой воде (нормальный сахарный раствор).
Точка 0 °Z соответствует показаниям сахариметра по чистой воде.
В диапазоне от 0 °Z до 100 °Z шкала градуируется линейно, так как оптическое вращение практически пропорционально значению концентрации раствора.
В данных условиях 100 °Z по международной сахарной шкале соответствуют углу вращения плоскости поляризации
\alpha_{546,2271\text{нм}}^{20,00^{\circ}\text{С}} = (40,777 \pm 0,001)^{\circ}.
В.2 Для излучения, длина волны которого больше длины волны зеленой линии изотопа Hg198 ( \lambda = 546,2271\text{нм} в вакууме), точка 100 °Z соответствует углу вращения плоскости поляризации \alpha_{\lambda} , вычисление которого проводят в условиях, приведенных в В.1, по формуле
\frac{\alpha_{\lambda}}{\alpha_{546,2271\text{нм}}} = \text{а} + \frac{b}{\lambda^{2}} + \frac{c}{\lambda^{4}} + \frac{d}{\lambda^{8}} ,
где a = -1,7982·10-3; b = +2,765318·105; c = +6,55736·109; d = +1,03825·1019; \lambda — длина волны излучения в вакууме, нм.
В.3 Для желтой линии спектра дублета натрия длина волны в вакууме \lambda = 589,4400\text{нм} точка 100 °Z соответствует углу вращения
\alpha_{589,4400\text{нм}}^{20,00^{\circ}\text{С}} = (34,626 \pm 0,001)^{\circ}.
В.4 Для красного излучения He-Ne лазера с длиной волны \lambda = 632,9914\text{нм} в вакууме точка 100 °Z соответствует углу вращения
\alpha_{632,9914\text{нм}}^{20,00^{\circ}\text{С}} = (29,751 \pm 0,001)^{\circ}.
В.5 Из приведенных соотношений следуют формулы для пересчета значений УВПП в угловых градусах \alpha^{\circ} в градусы международной сахарной шкалы \alpha^{\circ}Z для набора стандартных длин волн 546,2271 нм, 589,4400 нм и 632,9914 нм в вакууме:
\alpha_{546}^{\circ}Z = 2,4524 \cdot \alpha_{546}^{\circ},
\alpha_{589}^{\circ}Z = 2,8880 \cdot \alpha_{589}^{\circ},
\alpha_{632}^{\circ}Z = 3,3612 \cdot \alpha_{632}^{\circ}.
Эти формулы пересчета из угловых градусов в градусы международной сахарной шкалы более точные, чем аналогичные формулы, приведенные в ГОСТ 8.239-77 «ГСИ. Пластинки поляриметрические. Методика поверки».