Hiệu chuẩn dụng cụ thủy tinh đo thể tích bằng phương pháp cân (GRAVIMETRIC METHOD) và tính độ không đảm bảo đo

Hiệu chuẩn dụng cụ thủy tinh đo thể tích bằng phương pháp cân (GRAVIMETRIC METHOD) và tính độ không đảm bảo đo

HIỆU CHUẨN DỤNG CỤ THỦY TINH ĐO THỂ TÍCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÂN (GRAVIMETRIC METHOD)

VÀ TÍNH ĐỘ KHÔNG ĐẢM

BẢO ĐO

NỘI DUNG

• ĐẶT VẤN ĐỀ.

• DỤNG CỤ, TRANG THIẾT BỊ CẦN THIẾT.

• CÁC BƯỚC HIỆU CHUẨN.

• TÍNH ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO (ĐKĐBĐ).

 Sai số của dụng cụ thủy tinh đo thể tích cũng như các phương tiện đo lường trong PTN khác sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả các phép đo phân tích định lượng.

 Cần hiệu chuẩn, kiểm tra các phương tiện đo lường trong PTN khi mới đem vào sử dụng và theo định kỳ.

 Có 2 phương pháp hiệu chuẩn dụng cụ thủy tinh:

 Phương pháp cân hay phương pháp đo trọng lượng (gravimetric method).

 Phương pháp dung tích (volume transfer method).

 Phương pháp cân có độ chính xác cao hơn nên thường được

sử dụng.

ĐẶT VẤN ĐỀ

 Các cân chuẩn hạng III có phạm vi đo phù hợp.

 Nhiệt kế có phạm vi đo từ 0 – 500C, giá trị chia độ 0,10C

 Ẩm kế, sai số cho phép ±5%

 Áp kế (Baromet), sai số cho phép ±10hPa

 Đồng hồ bấm giây

 Chất lỏng hiệu chuẩn: nước cất

 Các thiết bị phụ: bình cân, ca, phễu, ống đong thủy tinh, giá đỡ…

DỤNG CỤ VÀ TRANG THIẾT BỊ CẦN THIẾT

 Nhiệt độ môi trường và nước cất nằm trong khoảng 15 –

Làm sạch bề mặt bên trong của phương tiện đo cần hiệu chuẩn và các thiết bị phụ khác bằng chất tẩy rửa và nước sạch.

 Phương tiện đo theo kiểu “đổ vào” sau khi làm sạch phải được sấy khô bề mặt bên trong

 Phương tiện đo cần hiệu chuẩn, nước cất, và phương tiện phụ trợ khác được đặt trong phòng để ổn định nhiệt độ trước khi tiến hành hiệu chuẩn

CHUẨN BỊ HIỆU CHUẨN

CÁC BƯỚC HIỆU CHUẨN

(Theo ĐLVN 68:2001 & ASTM E542-01)

Kiểm tra bên ngoài

 Kiểm tra kỹ thuật

 Kiểm tra đo lường

 Kiểm tra độ sạch, các sứt mẻ, biến dạng… các

dụng cụ thủy tinh đo thể tích cần hiệu chuẩn.

KIỂM TRA BÊN NGOÀI

KIỂM TRA KỸ THUẬT

Kiểm tra độ kín van xả buret:

 Nạp nước vào buret đến vạch dấu “0” Trong thời gian 20 phút, lượng rò rỉ khi khóa van ở vị trí đóng hoàn toàn bất kỳ không được vượt quá 1 giá trị độ chia thang đo đối với buret cấp A hoặc 2 giá trị độ chia thang đo với buret cấp B

Kiểm tra thời gian chảy của buret và pipet.

Thời gian chảy ứng với dung tích theo quy định của pipet

một mức, đơn vị tính: giây (Theo ĐLVN 68: 2001)

:

KIỂM TRA KỸ THUẬT

Thời gian chảy ứng với dung tích theo quy định của pipet

chia độ, đơn vị tính: giây (theo S.V.Cupta, 2006):

KIỂM TRA KỸ THUẬT

 Xác định các vạch dấu cần kiểm tra.

 Xác định dung tích quy ước V20 của phương tiện

đo tại một vạch dấu.

 Tính sai số của phương tiện đo tại vạch dấu kiểm tra.

 Tính sai số giữa 2 vạch dấu kiểm tra (buret, pipet chia độ, ống đong, cốc đong).

KIỂM TRA ĐO LƯỜNG

 Bình định mức: vạch dấu dung tích danh định.

 Buret, pipet chia độ, ống đong chia độ, cốc đong có

miệng rót: vạch dấu dung tích danh định và 4 vạch dấu khác

cách đều nhau nằm giữa vạch dấu “0” và vạch dấu dung tích danh định

 Pipet một mức: vạch dấu dung tích danh định.

CÁC VẠCH DẤU CẦN KIỂM TRA

XÁC ĐỊNH DUNG TÍCH QUY ƯỚC V20 CỦA

 Đặt bình định mức, ống đong, cốc đong đã được làm sạch và sấy khô lên bàn cân để xác định khối lượng bình rỗng.

 Đo nhiệt độ của nước cất trong bình chứa.

 Đặt bình định mức, ống đong, cốc đong lên mặt phẳng và nạp nước cất vào bình cho tới khi mặt cong của nước trùng với mép trên của vạch dấu tương ứng.

 Kiểm tra và loại trừ nước còn bám dính ở bên ngoài, ở phần trên vạch dấu bên trong bình định mức, ống đong, cốc đong.

 Xác định khối lượng của bình định mức, ống đong, cốc đong

có chứa nước cất.

 Đọc và ghi giá trị nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của môi trường.

Bình định mức, ống đong, cốc đong kiểu “ đổ vào ”

 Nạp đầy bình định mức, ống đong, cốc đong đã được làm sạch tới vạch dấu tương ứng

 Đổ hết nước ra khỏi bình định mức, ống đong, cốc đong cho nước chảy nhỏ giọt trong thời gian 60 giây.

 Đặt bình định mức, ống đong, cốc đong lên bàn cân để xác định khối lượng bình rỗng

 Đo nhiệt độ của nước cất trong bình chứa

 Đặt bình định mức, ống đong, cốc đong lên mặt phẳng, nạp nước cất vào bình và thiết lập mặt cong ngang vạch dấu tương ứng.

 Kiểm tra và loại trừ nước còn bám dính ở bên ngoài, ở phần trên vạch dấu bên trong bình, cốc, ống đong.

Xác định khối lượng của bình có chứa nước cất

 Đọc và ghi giá trị nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của môi trường

Bình định mức, ống đong, cốc đong kiểu “ đổ ra ”

 Đặt buret vào giá đỡ theo vị trí thẳng đứng.

 Đo nhiệt độ của nước cất trong bình chứa

 Nạp nước cất vào buret và thiết lập mặt cong

 Xác định khối lượng của bình rỗng đã được làm sạch

 Xả nước tự do từ buret vào bình cân Chú ý để thành của bình cân không chạm vào đầu vòi xả của buret

 Đợi cho nước xả ra hoàn toàn khỏi buret cho tới khi mặt cong của nước dừng lại ngay tại vạch dấu cần kiểm tra

 Xác định khối lượng của bình cân có chứa nước cất

 Đọc và ghi giá trị nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của môi trường

Buret

 Đo nhiệt độ của nước trong bình chứa

 Xác định khối lượng của bình cân rỗng đã được làm sạch

Hút nước vào pipet và thiết lập mặt cong

 Khẽ chạm thành ướt của bình chứa vào đầu mút của pipet

Xác định khối lượng của bình cân có chứa nước cất

 Đọc và ghi giá trị nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của môi trường

Pipet

CÔNG THỨC TÍNH DUNG TÍCH THỰC QUY ƯỚC V20 CỦA

PHƯƠNG TIỆN ĐO TẠI VẠCH DẤU KIỂM TRA

)]

20 (

1 )[

1 )(

1 )(

E

ρ

ρ ρ

ρ

- V 20: Thể tích nước cất quy về nhiệt độ 20 0 C (ml).

- I L: Khối lượng của phương tiện đo hoặc bình cân có chứa nước cất (g).

- I E: Khối lượng của phương tiện đo hoặc bình cân rỗng (g).

- Q: Là hệ số chuyển đổi trọng lượng biểu kiến.

- T: Nhiệt độ nước cất ( 0 C).

- ρw: Tỷ trọng của nước cất tại nhiệt độ thực tế (g/ml).

- γ: hệ số dãn nở khối do nhiệt độ của các dụng cụ thủy tinh (1/ 0 C).

-ρA: Tỷ trọng của không khí (g/ml).

- ρB : Tỷ trọng của quả cân chuẩn sử dụng để hiệu chuẩn cân (g/cm 3 )

)] 20 (

1 )[

1 )(

1 (

w

γ ρ

ρ ρ

)] 20 (

1 )[

1 )(

1 (

w

γ ρ

ρ ρ

ρ

• ρ A: Tra theo bảng hoặc tính theo công thức

15 , 273

10 )).

00252 ,

0 0205

, 0 ( 34848

, 0

p a r

A

ρ

– pa: áp suất không khí tại thời điểm cân, (hPa)

– hr: độ ẩm không khí tại thời điểm cân, (%)

– ta: nhiệt độ không khí tại thời điểm cân, (0C)

TÍNH SAI SỐ CỦA PHƯƠN TIỆN ĐO TẠI

VẠCH DẤU KIỂM TRA

) (

- Vn là dung tích danh định của phương tiện đo tại

vạch dấu kiểm tra.

- V20 là dung tích thực quy ước của phương tiện đo

tại vạch dấu kiểm tra.

 Sai số của phương tiện đo bất kỳ không được vượt quá giá trị sai số cho phép lớn nhất quy định của phương tiện đo đó.

Sai số cho phép lớn nhất đối với bình định mức cổ hẹp

Sai số cho phép lớn nhất đối với bình định mức cổ rộng

Sai số cho phép lớn nhất đối với buret

Sai số cho phép lớn nhất đối với pipet một mức

Sai số cho phép lớn nhất của các pipet chia độ

Sai số cho phép lớn nhất của ống đong chia độ

Sai số cho phép lớn nhất của cốc đong có miệng rót

Tính sai số của khoảng giữa 2 vạch dấu kiểm tra

(buret, pipet chia độ, ống đong, cốc đong)

) 20 20

( )

( Vna Vnb V a V b

∆

- sai số giữa hai vạch dấu a và b, (ml).

- Vna,b: dung tích danh định của phương tiện đo tại vạch dấu a và b

:

ab

∆

XỬ LÝ CHUNG

 Nếu phương tiện đo cần hiệu chuẩn đạt tất cả các yêu cầu về kiểm tra bên ngoài, kiểm tra kỹ thuật và kiểm tra đo lường thì tiếp tục tính độ không đảm bảo

đo và được gián tem, cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn.

 Nếu phương tiện đo cần hiệu chuẩn không đạt

một trong các yêu cầu về kiểm tra bên ngoài, kiểm tra kỹ thuật và kiểm tra đo lường thì không cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn và xóa tem chứng nhận hiệu chuẩn cũ (nếu có).

TÍNH ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO

(Theo EURAMET/cg-19/v 2.1)

CÁC BƯỚC TÍNH ĐKĐBĐ

 Tính ĐKĐBĐ chuẩn loại A: (ĐKĐBĐ do sự lặp lại của các phép đo thể tích)

 Tính ĐKĐBĐ chuẩn loại B:

 Xác định các nguồn tham gia vào ĐKĐBĐ

 Lựa chọn phân bố xác suất thích hợp

 Xác định hệ số độ nhạy của các yếu tố tham gia vào

ĐKĐBĐ

 Tính ĐKĐBĐ chuẩn tổng hợp.

 Tính ĐKĐBĐ mở rộng

ĐKĐBĐ CHUẨN LOẠI A

+ Tính giá trị trung bình từ n phép đo lặp lại:

+ Tính phương sai thực nghiệm của n phép đo thể tích độc lập:

+ Tính độ lệch chuẩn thực nghiệm của trung bình:

+ Tính ĐKĐB chuẩn của trung bình (ĐKĐBĐ chuẩn kiểu A)

n

V

s V

S V

V

1

2 1

) 20 20

( 1

1 )

S( 20 ) = ( 20)

ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO

CHUẨN LOẠI B

CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH THAM GIA VÀO

ĐKĐBĐ CHUẨN LOẠI B

)]

20 (

1 )[

1 )(

1 )(

w

γ ρ

ρ ρ

Tỷ trọng không khí

Hệ số dãn nở khối do nhiệt độ của dc thủy tinh

Nhiệt

độ nước

ĐKĐBĐ chuẩn của khối lượng cân

) (

) (

) ( m u2 IL u 2 IE

Trong đó:

- I E: là khối lượng của bình rỗng

- IL: là khối lượng của bình có chứa nước cất.

- u(bal): là ĐKĐBĐ của cân sử dụng hiệu chuẩn (lấy từ giấy chứng

nhận hiệu chuẩn của cân).

- u(res): là độ phân giải của cân (lấy từ thông số kỹ thuật của cân).

2 2

3

)

(2

)

()

()

ĐKBĐ chuẩn của nhiệt độ nước

2

2

)

( )

ĐKĐBĐ chuẩn của tỷ trọng nước

, g/ml.

2

10

9 )

ĐKĐBĐ chuẩn của tỷ trọng không khí

ml g

ĐKĐBĐ chuẩn của sự dãn nở khối do nhiệt độ

của các dụng thủy tinh

 Tùy vào từng vật liệu làm thủy tinh mà ĐKĐBĐ tương ứng sẽ là:

3

10

5 )

Tính hệ số độ nhạy của mỗi thành phần tham gia

vào ĐKĐBĐ chuẩn loại B:

Vrep T

m

V

B

A A

w

δ

γ ρ

ρ ρ

I I

m T

C B

ρ

Đạo hàm V20 đối với tùng biến trong phương trình trên ta sẽ

có hệ số độ nhạy của từng thành phần tham gia vào ĐKĐBĐ

Với δVrep: là lượng bổ sung để xử lý sự sai lệch do sự lặp lại phép đo

 Hệ số độ nhạy của khối lượng

C B

A m

∂

∂

B A

m t

V

, (ml/ 0 C)

Hệ số độ nhạy của tỷ trọng nước

C B

A m

C B

m

V

A w

1

ρ ρ

 Hệ số độ nhạy của tỷ trọng không khí

)

1(

]

1)

1(

1[

20

B B

B

A A

w A

A B C

A m C

A m

V

ρρ

ρ

ρρ

A m

20 )

u

TÍNH ĐKĐBĐ TỔNG HỢP

) ( 2

2 20 )

( 2

2 20 )

( 2

2 20 )

( 2

2 20 )

( 2

2 20 )

20

γ

ρ ρ

ρ

V A

u A

V w

u w

V t

u t

V m

u m

V V

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂ +

TÍNH ĐKĐBĐ MỞ RỘNG

) (

u V20k

Với k là hệ số phủ, thông thường sử dụng hệ số phủ k=2 với mức độ tin cậy xấp xỉ 95%.

BÁO CÁO ĐKĐBĐ

Kết quả của phép đo thể tích tại vạch dấu i

U i

V

ĐKĐBĐ mở rộng U được tính với hệ số phủ k=2, mức tin cậy 95%

VÍ DỤ VỀ HIỆU CHUẨN PIPET

 Thông tin pipet hiệu chuẩn:

Kết quả hiệu chuẩn

 Kiểm tra bên ngoài: Không sứt, mẻ…

 Kiểm tra kỹ thuật: Thời gian chảy : 7 giây.

 Kiểm tra đo lường: Mỗi mức lặp lại 3 lần.

Kiểm tra đo lường mức 10 ml

IL(g)

IL-IE(g)

Tỷ trọng nước (g/cm 3)

V20 (ml)

Sai số (10-V20) (ml)

Sai

số cho phép

Độ KĐBĐ mức 10 ml

Thành phần ĐKĐBĐ ĐKĐBĐ

chuẩn u(xi) Hệ số độ nhạy ui2×ci2

Khối lượng u(m) 0,0041 1,0042 1,7313×10 -5

Nhiệt độ nước u(t) 0,05 - 9,9764×10 -5 2,4882×10 -11

20 )

u

Mức Khối

lượng cân TB (gam)

V20 (ml)

Vn-V20 (sai số, ml)

Sai số cho phép (ml)

Sai số của các mức so với mức 10ml

Tính ĐKĐBĐ

rộng, k =2(ml)

 ĐKĐBĐ mở rộng ở các mức có khác nhau Điều này là

do thao tác của người hiệu chuẩn?!

Thể tích đo tại vạch dấu 10 ml là:

ml U

V ml

V10 = 20 ( 10 ) ± ( 10 ) = 9 , 9933 ± 0 , 05

Thể tích đo tại vạch dấu 8 ml là:

ml U

V ml

V 8 = 20 ( 8 ) ± ( 8 ) = 7 , 9933 ± 0 , 05

ml U

V ml

V 6 = 20 ( 6 ) ± ( 6 ) = 5 , 9900 ± 0 , 05

Thể tích đo tại vạch dấu 6 ml là:

ml U

V ml

V 4 = 20 ( 4 ) ± ( 4 ) = 4 , 0204 ± 0 , 04

Thể tích đo tại vạch dấu 4 ml là:

ml U

V ml

V 2 = 20 ( 2 ) ± ( 2 ) = 2 , 0286 ± 0 , 04

Thể tích đo tại vạch dấu 2 ml là:

Báo cáo ĐKĐBĐ

 Pipet đạt tất cả các yêu cầu kiểm tra, pipet

được gián tem và cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THƯỜNG KHẮC

TRÊN DỤNG CỤ THỦY TINH

Ex = TD (To Delivery) = Đổ ra, chuyển.

In = TC (To Contain) = Đổ vào, chứa.

Hãng sản xuất

Dung tích

Giá trị chia độ nhỏ nhất Cấp chính xác

Dùng để chuyển hay xả ra Nhiệt độ tiêu chuẩn

Sai số cho phép lớn nhất Đơn vị đo

Thời gian chờ

Pipet loại 1 Pipet loại 2 Pipet loại 3

CÁC LOẠI PIPET

XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN!