電子秤改造為液體小流量檢定儀的應(yīng)用

孟萁

(中航工業(yè)成都飛機工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都610092)

0 引言

液體浮子流量計的檢定可以分為容積法、稱重法和標(biāo)準(zhǔn)表法。在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行液體小流量浮子流量計檢定時，由于場地等環(huán)境條件的限制，一般采用稱重法，即用電子秤、電子秒表等作為標(biāo)準(zhǔn)，靠人工卡秒表和讀電子秤的方式進(jìn)行檢定。這樣做的好處是連接和拆卸管路、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的攜帶和安置較為方便，但這種方法帶來的最大缺點是人為誤差難以消除，重復(fù)性較差。

為了克服這些缺點，我們采用電子秤——具有數(shù)據(jù)通訊功能的ACS －40D －XB 多功能信函包裹秤作為衡器標(biāo)準(zhǔn)，利用計算機作為控制器，將其改造為計算機控制的液體小流量檢定儀，從而實現(xiàn)液體浮子流量計的檢定。本文主要介紹液體小流量檢定儀的構(gòu)成、工作原理及其測量不確定度分析。

1 液體小流量檢定儀的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 稱重法的工作流程及原理

利用稱重法檢定液體浮子流量計的工作流程及原理是:首先緩慢打開流量調(diào)節(jié)閥，使流經(jīng)被檢浮子流量計管路出口的液體流入放置在衡器上的容器內(nèi)，排除管道內(nèi)和附著浮子周邊的氣泡，然后調(diào)節(jié)流量使浮子升到被檢的刻度點，待流體狀態(tài)和浮子穩(wěn)定后，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置分別記錄測量時間范圍內(nèi)的累計質(zhì)量，以及檢定時的環(huán)境大氣密度和容器內(nèi)的液體密度，可按下式計算流量qv:

式中:M 為液體流入的質(zhì)量;t 為液體的流入時間;ρs為稱量容器內(nèi)液體的密度;c 為浮力修正系數(shù)。

由于檢定流量計的標(biāo)準(zhǔn)流量裝置不是采用砝碼，則c =ρs/ρs－ρa)，式中:ρa為檢定時環(huán)境大氣密度。然后再換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(即刻度狀態(tài))下的流量qN:

式中:k 為修正系數(shù)。

1.2 檢定儀構(gòu)成

液體小流量檢定儀由測量范圍0 ～40 kg 的電子秤、計算機、閥門和容器等組成，如圖1 所示。由于該電子秤采用RS232 接口，與目前的計算機均配置USB 接口不匹配，因此，特增加了RS232 －USB 接口轉(zhuǎn)換器，使得計算機能夠控制電子秤，電子秤也能將測試數(shù)據(jù)傳輸給計算機。

1.3 檢定儀工作原理

由于采用計算機控制，使用者可自行設(shè)定需要采集的液體流入質(zhì)量和流入時間，所以浮子流量計的檢定方式分為定量法和定時法兩種。電子秤將采集到的質(zhì)量信息傳輸?shù)接嬎銠C，計算機通過軟件控制累計的質(zhì)量和時間，按公式(3)計算液體流量(為了描述方便，以下均省去了浮力修正系數(shù)等計算過程)。

式中:M 為液體流入的質(zhì)量;t 為液體的流入時間。

定時法:通過計算機界面輸入需要測量的時間段，點擊“開始”按鈕，計算機自動記下開始測量的時間并從電子秤上采集此時的質(zhì)量(即開始質(zhì)量)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的時間段時，計算機自動采集電子秤上的質(zhì)量(即結(jié)束質(zhì)量)，按公式4 計算出液體流量。

定量法:通過計算機界面輸入開始質(zhì)量和結(jié)束質(zhì)量，點擊“開始”按鈕，計算機連續(xù)采集電子秤的質(zhì)量，當(dāng)采集的質(zhì)量達(dá)到設(shè)定的開始質(zhì)量時，計算機開始計時(即開始時間)，當(dāng)計算機采集的質(zhì)量等于設(shè)定的結(jié)束質(zhì)量時，停止計時 (即結(jié)束時間)，按公式(4)計算出液體流量。

圖2 液體小流量檢定儀的程序流程

1.4 應(yīng)用軟件

運用基于Windows 環(huán)境下運行的delphi 語言開發(fā)的應(yīng)用程序，界面友好，程序流程圖如圖2 所示，使用者啟動應(yīng)用程序后，可根據(jù)工作需求選擇定量法或定時法進(jìn)行液體浮子流量計的檢定。如果設(shè)置的時間或質(zhì)量參數(shù)不符合要求，應(yīng)用程序?qū)蠊?，待重新設(shè)置合理的數(shù)據(jù)后才能繼續(xù)工作，該程序還可根據(jù)檢定時間來查詢以前的檢定記錄。

液體小流量檢定儀的軟件主界面如圖3 所示。

圖3 液體小流量檢定儀的主界面

2 液體小流量檢定儀的實際應(yīng)用

用液體小流量檢定儀對一臺1.0 級、測量范圍為40 ～400 L/h 的轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)行檢定，介質(zhì)為水，采用定時法。主要檢定數(shù)據(jù)如表1。

被檢刻度/L·h －1電子秤讀數(shù)/kg測量時間/s刻度狀態(tài)下的實際流量/L·h －1示值誤差/%回差/%400 6.593 60 396.73 0.8 0 300 5.010 60 301.47 －0.3 0.01 200 3.305 60 198.88 0.3 0.12 100 2.284 80 103.08 －0.8 0.05 40 1.370 120 41.22 －0.3 0.03

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，液體小流量檢定儀采樣率也是影響測量準(zhǔn)確性的主要因素，只要將采集時間設(shè)置長一些，就能夠有效地減少由于采樣率不夠帶來的誤差。

由于對液體采用實時稱重的方式，流入容器內(nèi)液體下墜的沖擊重量在采集開始和采集停止時可看做一致，特別是在流量小于10 L/min 的條件下，其差值忽略不計，所以該液體小流量檢定儀檢定浮子流量計的重復(fù)性較好。

3 測量不確定度評定

以液體小流量檢定儀檢定一臺測量范圍40 ～400 L/h 轉(zhuǎn)子流量計為例，在該流量計的上限測量點400 L/h 處進(jìn)行不確定度分析。

在400 L/h 測量點，取采樣時間為1 min，此時采集的體積為400/60 =6.66667 (L)，介質(zhì)為水，質(zhì)量名義值6.65533 kg。

3.1 電子秤引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1

由電子秤說明書給出的相對誤差為±1/3000，為均勻分布，取包含因子k =，則

3.2 檢定儀采樣率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2

計算機時鐘等引入的不確定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它參數(shù)引入的不確定度，忽略不計。計算機采集電子秤測試數(shù)據(jù)的采樣率是5 次/秒，既采樣率引起的測量誤差為±6.65533 kg/ (60 ×5) =0.02218 kg，為均勻分布，取包含因子k =，在名義值處，由采樣率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.3 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3

在400 L/h 點測量6 次，電子秤得到測量列為6.593，6.590，6.591，6.592，6.590，6.593 kg。重復(fù)性分量已包含人員讀數(shù)引入的不確定度分量。

上述各分量獨立不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

取置信水平p=95%，k=2

相對擴(kuò)展不確定度Urel=2uc=0.39% (k=2)

JJG257 －2007 《浮子流量計檢定規(guī)程》規(guī)定的浮子流量計等級為1.0 級至5.0 級，用作檢定標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度應(yīng)優(yōu)于被檢流量計最大允許誤差的1/2。通過對40 ～400 L/h 轉(zhuǎn)子流量計測量結(jié)果的不確定度分析，驗證了液體小流量檢定儀可以開展流量小于10 L/min，1.0 級以下的液體浮子流量計的檢定。

4 結(jié)束語

通過對電子秤改造為液體小流量檢定儀的試驗進(jìn)行分析可以看出:使用該液體小流量檢定儀可以開展液體流量小于10 L/min 的浮子流量計的檢定工作，且具有操作簡單、工作性能穩(wěn)定，攜帶方便的特點，適合現(xiàn)場計量檢定工作。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. JJG 257 －2007 浮子流量計檢定規(guī)程［S］. 北京:中國計量出版社，2008.