用實(shí)驗(yàn)研究的方法 ,討論了用渦輪流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作量器的可能性和可行性 ,并進(jìn)一步提出了用高穩(wěn)定性流量儀表傳遞其它大容器容積量值的一般方法 . 試驗(yàn)表明: 只要流量儀表具有足夠好的重復(fù)性 ,用它作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)容器容積量值是一種非?？尚械姆椒?.

1、問題的提出：
  靜態(tài)容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中工作量器的容積量值一般都是由一等標(biāo)準(zhǔn)量器傳遞的[1 ]. 但規(guī)程中有嚴(yán)格的條件規(guī)定 , ( 1)標(biāo)準(zhǔn)量器的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于被標(biāo)定工作量器準(zhǔn)確度的1 /2; ( 2)標(biāo)準(zhǔn)量器的容積與工作量器的容積比一般不小于 1∶ 5. 也即不能用太小的標(biāo)準(zhǔn)量器以太多的次數(shù)來傳遞容積量值給較大容積的工作量器. 這就造成在很多實(shí)際的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中并不能或不適合用標(biāo)準(zhǔn)量器來完成對工作量器的容積量值傳遞. 尤其是目前已有許多大口徑流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器容積達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百立方米 ,如我國開封流量測試中心的大型流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器容積達(dá) 50、 75和 150m3; 上海光華· 愛而美特帶流量調(diào)節(jié)的變水頭高位槽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器 (計(jì)量水池 )容積達(dá) 500m3. 這樣的大型容器用常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)量器來傳遞容積量值已很不適宜. 尤其是 350m3的水塔型工作量器 ,實(shí)際上是一種工作在動(dòng)態(tài)容積法方式的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 ,根本就無法用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行容積量值的傳遞.用常規(guī)方法傳遞容積量值的另一個(gè)困難是流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)場安裝條件 . 由于傳統(tǒng)方法要將標(biāo)準(zhǔn)量器置于被傳遞的工作量器之上 ,當(dāng)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中工作量器上方?jīng)]有足夠的空間時(shí) ,也很難用標(biāo)準(zhǔn)量器來傳遞容積量值給工作量器.我院的靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置就屬于這種情況 ,標(biāo)準(zhǔn)裝置建立十多年來還從未對其進(jìn)行過檢定 ,主要原因是用常規(guī)方法傳遞工作量器的容積量值有困難.用高穩(wěn)定性的流量儀表傳遞容積量值的方法在國內(nèi)已作了不少研究 .
  開封流量測試中心利用渦輪流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)來檢定同級渦輪流量計(jì) ,結(jié)果表明與標(biāo)準(zhǔn)容器檢定渦輪流量計(jì)沒有顯著性差別 ; 大慶原油大流量計(jì)量檢定站利用刮板流量計(jì)優(yōu)異的重復(fù)性 (重復(fù)性誤差≤ 0. 012% ) ,傳遞容積量值給標(biāo)準(zhǔn)體積管 ,用水作為介質(zhì)時(shí)體積管的準(zhǔn)確度達(dá)0. 035% ,用原油作介質(zhì)時(shí)體積管的準(zhǔn)確度仍達(dá) 0. 05%  ; 利用電磁流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn) ,傳遞容積量值給動(dòng)態(tài)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器 ,準(zhǔn)確度達(dá) 0. 0335%   .
  本文主要討論以渦輪流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn) ,將標(biāo)準(zhǔn)容器的容積量值傳遞給我院靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 100L工作量器的方法和結(jié)果 ,并進(jìn)一步推廣到傳遞大容積量值的一般方法.

2、傳遞方法與傳遞用流量計(jì)的選擇：
  用流量計(jì)傳遞容積量值給工作量器的方法和過程分兩步進(jìn)行:
  ( 1) 從標(biāo)準(zhǔn)量器將量值傳遞給“傳遞用流量計(jì)” ,該“傳遞用流量計(jì)”就是傳遞標(biāo)準(zhǔn) ;
  ( 2) 用“傳遞用流量計(jì)”將容積量值傳遞給工作量器 .為了使傳遞工作準(zhǔn)確有效 ,傳遞用流量計(jì)的選擇非常重要 .它起碼應(yīng)滿足以下兩個(gè)基本條件: ,傳遞標(biāo)準(zhǔn)必須有優(yōu)異的重復(fù)性 .第二 ,傳遞標(biāo)準(zhǔn)必須有足夠高頻率的電信號脈沖輸出.
  眾所周知 ,目前傳遞用流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級通常為 0. 5級 ,***高也不過 0. 2級 ,即其基本誤差限在 ( 2～ 5)× 10- 3量級 ,而所傳遞的工作量器的準(zhǔn)確度一般在 10- 4量級.按傳統(tǒng)的概念看 ,用較低精度的流量儀表傳遞量值給較高精度的工作量器是不合邏輯的 ,在檢定規(guī)程中也是從不允許的.但實(shí)際上流量儀表的基本誤差限是在其測量范圍內(nèi)的允許誤差 ,其中包含著儀表的非線性誤差 ,即包括各流量點(diǎn)的儀表系數(shù)與測量范圍內(nèi)平均儀表系數(shù)之間的差異所引起的誤差 .有些流量儀表的重復(fù)性非常好 ,如電磁流量計(jì) ,渦輪流量計(jì)和腰輪、刮板等容積式流量計(jì)等 ,重復(fù)性誤差比基本誤差限要低 1個(gè)甚至 2個(gè)數(shù)量級 ,達(dá) 10- 4和 10- 5. 如果讓高穩(wěn)定性的傳遞用流量計(jì)工作在某一固定流量點(diǎn) (或其附近 ) ,利用其優(yōu)異的重復(fù)性 ,即可滿足傳遞量值給工作量器的條件. 用流量儀表傳遞容積量值的方法正是利用某固定流量點(diǎn)的重復(fù)性來實(shí)現(xiàn)的.
  有足夠高頻率的電信號脈沖輸出是作為傳遞用流量計(jì)的另一基本條件. 無論是傳遞方法中的步還是第二步 ,流量計(jì)輸出的信號脈沖都要與換向器 (靜態(tài)容積法 )或工作量器液位開關(guān) (動(dòng)態(tài)容積法 )的動(dòng)作同步計(jì)數(shù) ,輸出信號頻率足夠高 ,計(jì)數(shù)中引起的誤差就越小.如文獻(xiàn)* *電磁流量計(jì)的儀表系數(shù)達(dá) 5600 L- 1多.
  基于上述分析 ,由于 0. 2級的刮板流量計(jì)沒有電脈沖輸出; 1. 0級的電磁流量計(jì)只有電流輸出 ,且精度較低;我們選用了 0. 5級渦輪流量計(jì)作為傳遞用流量計(jì).

3、傳遞試驗(yàn)與結(jié)果傳遞試驗(yàn)裝置：
  如圖 1所示.圖中傳遞用流量計(jì)是 0. 5級的普通液體渦輪流量計(jì) ,流量范圍為 0. 6— 4. 0 m3/h. 傳遞過程的步 ,即從標(biāo)準(zhǔn)量器將量值傳遞給“傳遞用流量計(jì)” ,在省技術(shù)監(jiān)督檢測研究院流量實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行 .用裝置準(zhǔn)確度為± 0. 05%的靜態(tài)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對傳遞用流量計(jì)進(jìn)行檢定 ,70% 流量點(diǎn) ( 2. 8 m3/h)的檢定結(jié)果如表 1所示 .

圖 1　等精度傳遞實(shí)驗(yàn)裝置

表 1　 70% 流量點(diǎn)的多次檢定處理結(jié)果
  計(jì)算處理:儀表系數(shù)平均值 K-,K-= (∑ni= 1K i ) /n = 572. 86 L- 1單次測量標(biāo)準(zhǔn)差 S ( Ki )S ( Ki ) = ∑ni= 1( Ki – K-)2/ ( n – 1) = 0. 1134 L- 1平均值實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 S (K-)S ( K-) =S ( K i )n= 0. 0401 L- 1平均值相對不確定度 u ( K )ru ( K )r = S( K-) /K-= 0. 0070%相對合成不確定度 uc1r 為uc1r =u0k2+ u ( K )2r =0. 051. 962+ 0. 0072= 0. 0265% ( 1)該傳遞用渦輪流量計(jì)在 70% 流量點(diǎn)的儀表系數(shù)相對擴(kuò)展不確定度 Urk 為Urk = kuc1r = 0. 053%式中 ,u0 為上一級標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度.傳遞過程的第二步是將傳遞用渦輪流量計(jì)安裝在我院的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上 (如圖 1) ,并讓傳遞用流量計(jì)工作在 2. 8 m3/h流量點(diǎn)進(jìn)行檢定 ,檢定數(shù)據(jù)和處理結(jié)果如表 2所示。

表 2　 各檢定點(diǎn)的檢定結(jié)果匯總

 表中 ,* 為相對工作量器 100L刻線對應(yīng)的脈沖數(shù) ;* * 為工作量器 100L 刻線對應(yīng)的實(shí)際容積值計(jì)算處理:工作量器容積平均值 V-V-= (∑ni= 1Vi ) /n = 99. 495 L單次測量標(biāo)準(zhǔn)差 S (Vi )S ( Vi ) = ∑ni= 1( Vi – V-)2/( n – 1) = 0. 013 L平均值實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 S (V-)S ( V-) =S ( Vi )n= 0. 0041 L平均值相對不確定度 u ( V )ru ( V )r = S ( V-) /V-= 0. 0041%相對合成不確定度 uc2r 為uc2r = u2c1r + u ( V )2r = 0. 02652+ 0. 00412= 0. 0265% ( 2)工作量器的總相對不確定度 Ur V 為Ur V = kuc2r = 2× 0. 0265= 0. 0530%也即 ,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作量器 100L刻度的實(shí)際容積為 V = 99. 495L,不確定度為0. 0530% .

4、 結(jié)果：
  討論
  1、 式 ( 1) 中的 u0 = 0. 05% 已包含了計(jì)時(shí)器誤差 ,在標(biāo)準(zhǔn)量器將容積量值傳遞給傳遞用流量計(jì)時(shí) ,只需計(jì)算換向器的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差以及標(biāo)準(zhǔn)量器的準(zhǔn)確度.所以式 ( 1) 的結(jié)果是保守的.
  2、 如果選用穩(wěn)定性更好的流量儀表作傳遞用流量計(jì) ,如高性能電磁流量計(jì) ,其傳遞精度還將進(jìn)一步提高.
  3、 從容積量值傳遞的結(jié)果看 ,工作量器的刻度線所標(biāo)稱的容積值已偏大 , 100L 刻度處的實(shí)際容積只有 99. 5L,如不修正 ,系統(tǒng)誤差已達(dá) 0. 5% ,這對流量標(biāo)準(zhǔn)裝置來說是不能允許的. 這和以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果流量系數(shù)往往偏大也是一致的.
  4、 用高穩(wěn)定性的流量儀表傳遞容積量值的方法適合于大型容器的量值傳遞 ,例如大型油罐、大型水池、不規(guī)則形狀的大型容器等 . 與現(xiàn)用的幾何尺寸法相比 ,勞動(dòng)強(qiáng)度低 ,人為影響因素少 ,而且所獲得的容積量值準(zhǔn)確度可望有較大的提高.
  5、 為了使量值傳遞更加有效 ,傳遞過程中的介質(zhì)溫度變化 ,安裝條件中直管段長度、來流速度分布等因素都會影響傳遞用流量計(jì)的儀表系數(shù).所以 ,傳遞過程中一般應(yīng)該將傳遞用流量計(jì)及其前后直管段 (有整流器的帶上整流器 )安裝在一起進(jìn)行檢定. 計(jì)數(shù)器等配套儀表也應(yīng)一起檢定 . 由于條件的限制 ,本文中試驗(yàn)的步和第二步 ,傳遞用流量計(jì)沒帶前后直管段一起檢定 ,從中可能會引起一定誤差.

5、結(jié)論：
  用高精度、高穩(wěn)定度的流量儀表作傳遞工具 ,將標(biāo)準(zhǔn)量器的容積量值傳遞給工作量器 ,可獲得良好的結(jié)果 . 而且該方法可以推廣到傳遞不規(guī)則形狀大型容器的容積量值 .