白度量值是對(duì)面粉、白糖、涂料、塑料、瓷器和紙張等眾多產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)主要指標(biāo)。白度計(jì)是用于測(cè)量物體表面白色和近白色程度的計(jì)量?jī)x器。白度計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度與相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，因此對(duì)白度計(jì)的計(jì)量在輕工、食品、建材、造紙等行業(yè)有著十分重要的意義。

　　在歷曾有過(guò)100多種白度公式，目前，仍廣泛使用的有CIE(甘茨)白度、藍(lán)光白度和亨特白度等白度公式。不同行業(yè)根據(jù)測(cè)量對(duì)象可以選擇不同的白度公式進(jìn)行評(píng)價(jià)，藍(lán)光白度是國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的量值。在白度計(jì)的藍(lán)光白度的計(jì)量校準(zhǔn)中，由于選擇的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不同，會(huì)得到不同的校準(zhǔn)結(jié)果。本文使用兩套計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)3臺(tái)白度計(jì)，得出不同的級(jí)別判定，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，證明系列標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜特性對(duì)白度計(jì)校準(zhǔn)有重要的影響。

　　一、藍(lán)光白度的測(cè)量和計(jì)算

　　國(guó)內(nèi)普遍將Wb或者R457表示為藍(lán)光白度。實(shí)際上它是對(duì)特定波長(zhǎng)的藍(lán)光反射比的測(cè)量。在很多文獻(xiàn)中它被稱為藍(lán)光亮度或ISO亮度以及藍(lán)光漫反射因數(shù)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對(duì)其進(jìn)行如下定義:儀器總體有效光譜響應(yīng)曲線采用峰值波長(zhǎng)在457nm、半寬度44nm的藍(lán)光測(cè)定樣品的反射比。其定義公式為:

　　Wb=R457=kb∑β(λ)F(λ)Δλ(1)

　　式中:kb=100/∑F(λ)Δλ；β(λ)——樣本物體色的光譜反射因數(shù)；F(λ)——藍(lán)光白度測(cè)量?jī)x器相對(duì)光譜響應(yīng)分布，數(shù)值見(jiàn)JJG512-2002《白度計(jì)》計(jì)量檢定規(guī)程表A.2；Δλ——波長(zhǎng)間隔5nm。

　　二、白度計(jì)的結(jié)構(gòu)

　　國(guó)內(nèi)大多數(shù)白度計(jì)都屬于光電積分式測(cè)色儀器，由光源、探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)等組成。探測(cè)器由濾色器和光電接收器組成。用計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選濾色器的匹配與修正，以*佳組合使儀器的光源、光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器三者的總光譜靈敏度響應(yīng)盡量符合盧瑟條件的要求。儀器經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)白板定標(biāo)后，可以直接測(cè)量物體的色度值X10、Y10、Z10三刺激值。盧瑟條件見(jiàn)JJG595-2002《測(cè)色色差計(jì)》檢定規(guī)程中公式

　　(1)和公式(2)。

　　某類光電積分式白度計(jì)測(cè)量藍(lán)光白度，采用經(jīng)驗(yàn)公式(2)以及計(jì)算得到的物體色的三刺激值中的Z10計(jì)算出藍(lán)光白度R457值。

　　經(jīng)驗(yàn)公式:R457=fZ10+k(2)

　　式中:R457——藍(lán)光白度值；f——某一常數(shù)；k——另一常數(shù)；Z10——物體色的三刺激值之一。

　　本文實(shí)驗(yàn)中所用的白度計(jì)就是利用該原理進(jìn)行藍(lán)光白度R457值測(cè)量的儀器。此類白度計(jì)的價(jià)格低、測(cè)量速度快、應(yīng)用廣泛。

　　光電積分式白度計(jì)測(cè)量白度值的誤差主要取決于對(duì)盧瑟條件的滿足程度，誤差源有以下幾點(diǎn):

　　光電積分式測(cè)色儀器利用經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算藍(lán)光白度R457時(shí)，與ISO定義的藍(lán)光白度R457理論值的存在偏離。

　　光電積分式白度計(jì)濾色器設(shè)計(jì)時(shí)，要使匹配濾色器將儀器的總光譜響應(yīng)度擬合*符合盧瑟條件是非常困難的。由于濾色器受到材料的限制等因素，擬合的不*導(dǎo)致在原理上存在誤差。

　　三、有關(guān)白度計(jì)檢定和校準(zhǔn)的方法

　　依據(jù)JJG512-2002，使用系列標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)白度計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。系列標(biāo)準(zhǔn)白板在(380～780)nm范圍內(nèi)平均輻亮度因數(shù)為(90±2)%的標(biāo)準(zhǔn)白板A、(73±4)%的標(biāo)準(zhǔn)白板B作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器。示值誤差測(cè)量:用標(biāo)準(zhǔn)白板A校準(zhǔn)白度計(jì)，測(cè)量另一塊標(biāo)準(zhǔn)白板B；用標(biāo)準(zhǔn)白板B校準(zhǔn)白度計(jì)，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)白板A。兩次測(cè)量值與被測(cè)白板的標(biāo)準(zhǔn)值之差，取最大值的絕對(duì)值作為白度計(jì)的示值誤差。依據(jù)示值誤差對(duì)白度計(jì)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，一級(jí)示值誤差有效期不超過(guò)1.0，二級(jí)示值誤差不超過(guò)2.0。

　　四、白度計(jì)校準(zhǔn)中出現(xiàn)的問(wèn)題

　　在白度計(jì)校準(zhǔn)過(guò)程中，由于選擇的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不同，對(duì)同一臺(tái)白度計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果也會(huì)有差異。本節(jié)中利用兩套系列標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)3臺(tái)白度計(jì)分別進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)說(shuō)明這一問(wèn)題。所用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器符合JJG512-2002的要求。實(shí)驗(yàn)選取了國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)的3臺(tái)光電積分式白度計(jì)，編號(hào)分別為1、2、3。該型號(hào)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的白度計(jì)，照明/觀測(cè)條件為0/d，可直接測(cè)量在D65照明體10°視場(chǎng)下的色度值。

　　選取2套系列標(biāo)準(zhǔn)白板作為計(jì)量器具用于檢定白度計(jì)。每套包括2塊白板，其中一套系列板編號(hào)為A1、B1，其藍(lán)光白度分別為89.0和76.6；另外一套系列板編號(hào)為:A2、B2，其藍(lán)光白度分別為91.0和74.2。A1和B1在(380～780)nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均輻亮度因數(shù)分別為90.5%和73.8%;A2和B2平均輻亮度因數(shù)分別為90.7%和74.5%；標(biāo)準(zhǔn)白板測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(Y)=0.8(k=1)。這兩套系列標(biāo)準(zhǔn)白板具有較好的漫反射特性、光澤低、機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)穩(wěn)定性、易清潔、不含熒光、不透明、陶瓷材料，并且都在檢定周期內(nèi)。系列標(biāo)準(zhǔn)白板的白度值是通過(guò)光譜光度方法測(cè)量得出，其量值在校準(zhǔn)中作為標(biāo)準(zhǔn)值使用。采用標(biāo)準(zhǔn)白板檢定量值的照明觀測(cè)條件與被校準(zhǔn)檢測(cè)的白度計(jì)的照明體觀測(cè)條件均為同一條件。

　　選用這兩套系列標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)3臺(tái)白度計(jì)分別進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果列表如表1所示。

　　缺插圖！

　　表1用系列標(biāo)準(zhǔn)白板A、B組檢測(cè)白度計(jì)1、白度計(jì)2、白度計(jì)3的校準(zhǔn)結(jié)果

　　用兩套系列標(biāo)準(zhǔn)白板分別測(cè)量3臺(tái)儀器，測(cè)量結(jié)果顯示，儀器的零點(diǎn)漂移、示值穩(wěn)定性、重復(fù)性等指標(biāo)都符合計(jì)量性能一級(jí)要求，在此略去表述。上述實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件:溫度(23±2)℃，相對(duì)濕度<75%RH。將檢測(cè)設(shè)備和被檢白度計(jì)置于無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、無(wú)強(qiáng)震動(dòng)、無(wú)陽(yáng)光直照室內(nèi)，2h后進(jìn)行檢測(cè)。

　　五、對(duì)白度計(jì)檢測(cè)中測(cè)量結(jié)果和級(jí)別判定的分析

　　在表1中，用符合檢定規(guī)程的兩組計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)同一臺(tái)白度計(jì)，得出不同的檢測(cè)級(jí)別的結(jié)論。示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果差異達(dá)到0.4以上，致使對(duì)儀器的級(jí)別判定也有所不同。

　　白度計(jì)儀器本身設(shè)計(jì)原理所引起的示值誤差之外，在校準(zhǔn)白度計(jì)過(guò)程中有什么因素會(huì)導(dǎo)致其示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果的差異呢？其中兩組系列標(biāo)準(zhǔn)白板在可見(jiàn)光波段內(nèi)的光譜選擇性是不同的。因此，有必要對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜特性與白度計(jì)示值誤差的相關(guān)性加以探討。用光譜測(cè)色儀分別對(duì)兩套A、B系列標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行測(cè)量，其光譜輻亮度因數(shù)曲線如圖1和圖2所示。

　　缺插圖！

　　圖1系列標(biāo)準(zhǔn)白板A1、B1光譜輻亮度因數(shù)曲線

　　缺插圖！

　　圖2系列標(biāo)準(zhǔn)白板A2、B2光譜輻亮度因數(shù)曲線

　　比較分析兩組系列標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜輻亮度因數(shù)曲線特點(diǎn)。

　　

圖2中系列標(biāo)準(zhǔn)白板A2、B2的光譜輻亮度因數(shù)曲線在420nm后相對(duì)平坦，且二者比較平行，兩條曲線趨勢(shì)間隔較為一致。圖1中標(biāo)準(zhǔn)白板B1的光譜輻亮度因數(shù)曲線有一定的光譜選擇性。A1與B1兩條曲線不平行，兩條曲線間隔不均勻。在(380～780)nm波長(zhǎng)區(qū)域里分別作兩組系列標(biāo)準(zhǔn)白板光譜輻亮度因數(shù)之差:(A1-B1)，(A2-B2)曲線，如圖3所示。圖3中在(420～780)nm可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍，(A2-B2)的光譜輻亮度因數(shù)之差曲線基本上趨于一條直線。A1和B1光譜輻亮度因數(shù)之差曲線在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍有稍大的起伏變化。

　　缺插圖！

　　圖3兩組系列標(biāo)準(zhǔn)白板光譜輻亮度因數(shù)之差

　　由此推論，系列標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜反射因數(shù)特性的不同，是導(dǎo)致兩組系列標(biāo)準(zhǔn)白板校準(zhǔn)白度計(jì)示值結(jié)果不同的原因之一。

　　六、討論與建議

　　準(zhǔn)確測(cè)定白度計(jì)的性能，就需要考慮光源、探測(cè)器、修正濾光片和光學(xué)系統(tǒng)以及定標(biāo)白板的光譜特性，這是生產(chǎn)廠商和儀器研發(fā)單位需要仔細(xì)研究和解決的問(wèn)題，對(duì)成品儀器進(jìn)行分光譜測(cè)量是非常復(fù)雜的。計(jì)量部門(mén)采用系列標(biāo)準(zhǔn)白板的藍(lán)光白度值對(duì)白度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)檢測(cè)或分級(jí)，是對(duì)白度計(jì)作較為寬泛宏觀的評(píng)估，簡(jiǎn)單又快捷。

　　本文所作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用兩組符合白度計(jì)檢定規(guī)程要求而光譜特性不同的系列標(biāo)準(zhǔn)白板檢測(cè)同一臺(tái)白度計(jì)的藍(lán)光白度R457值時(shí)，會(huì)得出不同的校準(zhǔn)結(jié)果和判定等級(jí)。系列標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜輻亮度特性對(duì)白度計(jì)R457白度值的校準(zhǔn)結(jié)果是有影響的，對(duì)白度計(jì)的判定級(jí)別也有所影響。

　　本文所討論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在校準(zhǔn)檢測(cè)某些光電積分式測(cè)色儀器時(shí)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)。而這類白度計(jì)目前又在大量使用。這種類似的情況如果發(fā)生在兩個(gè)計(jì)量檢定單位之間或生產(chǎn)廠家與計(jì)量單位之間就會(huì)造成對(duì)白度計(jì)測(cè)量評(píng)價(jià)結(jié)果的不一致，易引起爭(zhēng)議和糾紛。本文得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)白度計(jì)校準(zhǔn)工作提出了新的問(wèn)題:選用什么樣光譜特性的系列標(biāo)準(zhǔn)白板去校準(zhǔn)白度計(jì)的藍(lán)光白度R457值？有必要在進(jìn)一步廣泛深入研究的基礎(chǔ)上，修訂白度計(jì)檢定規(guī)程時(shí)對(duì)作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的系列標(biāo)準(zhǔn)白板光譜特性提出較為嚴(yán)格的限制性技術(shù)指標(biāo)要求，使得全國(guó)的各個(gè)部門(mén)檢定白度計(jì)的計(jì)量器具的性能得以統(tǒng)一，對(duì)同一臺(tái)白度計(jì)的測(cè)量評(píng)價(jià)結(jié)果接近一致。