簡(jiǎn)要分析流量計(jì)量、電子秤發(fā)展的特點(diǎn)及稱(chēng)重式液體流量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子秤的要求,詳細(xì)分析電子秤的技術(shù)指標(biāo),推算液 體流量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子秤最大稱(chēng)量及不確定度的估算方法,列舉電子秤檢定的方法,并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析。
0.引言
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,科技快速發(fā)展,流量計(jì)量 越來(lái)越受到重視。近年來(lái)流量計(jì)量相關(guān)技術(shù)也取得 了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,各種新式流量計(jì)相繼投入使用, 老式流量計(jì)也有了很大的技術(shù)提升。從國(guó)家級(jí)院所 到地方計(jì)量檢測(cè)部門(mén),都建立了流量標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)展流 量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)研究,以滿足工業(yè)系統(tǒng)對(duì)流量計(jì)計(jì) 量的需要。
液體流量計(jì)量是流量計(jì)的重要分支,其標(biāo)準(zhǔn)裝 置應(yīng)用廣泛,原理多樣,其中以稱(chēng)重流量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最 為廣泛,具有運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、精度高等特點(diǎn)。電子秤是稱(chēng)重法流量標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部件,合理正確的設(shè) 計(jì)選擇標(biāo)準(zhǔn)的電子秤是建立一套稱(chēng)重式流量標(biāo)準(zhǔn)的 基礎(chǔ)。
1.電子秤簡(jiǎn)介
現(xiàn)在常見(jiàn)的電子秤主要有機(jī)械式衡器和電子式衡器,近年來(lái),電子天平以精度高、反應(yīng)快、體積小、壽 命長(zhǎng)、使用方便、功能齊全等特點(diǎn)應(yīng)用更加廣泛。
20世紀(jì)80年代以前生產(chǎn)或購(gòu)買(mǎi)的液體流量標(biāo) 準(zhǔn)所使用的電子秤多是機(jī)械式天平,采用人工手動(dòng)操 作,效率低下。隨著自動(dòng)控制及電子技術(shù)的不斷發(fā) 展,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)化程度不斷提高,選擇電子秤時(shí), 也可以選擇能夠和計(jì)算機(jī)通信的電子天平。
2.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置電子秤選擇
2.1規(guī)程解讀
JJG 164-2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》中 多處提到對(duì)衡器的要求,在此一一解讀。
通用技術(shù)要求中,4.3.1.1電子秤一般采用機(jī)械秤或電子秤,電子秤應(yīng)用自校功能。4.3.1.2電子秤 的電纜、容器的連接管路和電纜不應(yīng)在衡器上產(chǎn)生 附加力。自校功能是為了保證在檢定周期內(nèi)天平的 準(zhǔn)確性,以保證裝置的性能,其他部件與衡器脫開(kāi)是 衡器正確使用的基礎(chǔ)。
計(jì)量器具控制中,5.1.1.1檢定電子秤用標(biāo)準(zhǔn)砝碼, 其不確定度應(yīng)優(yōu)于衡器不確定度。說(shuō)明電子秤的檢定使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼,不確定度更優(yōu)的砝碼所檢出的結(jié)果 可信、可用。
在5.2.5電子秤檢定中,介紹了電子秤檢定的方法, 不確定度評(píng)定方法。
在5.2.9.2機(jī)械秤動(dòng)態(tài)效應(yīng)檢定中,介紹了機(jī)械秤動(dòng)態(tài)效應(yīng)的檢定方法和不確定度評(píng)定方法。
在5.2.10.1裝置合成不確定度中,列舉了不同原 理液體流量標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成的公式,從各質(zhì)量法 原理公式中可以看出,衡器不確定度為裝置合成不確 定度的主要項(xiàng)。
2.2技術(shù)性能要求 2.2.1稱(chēng)量范圍
稱(chēng)量范圍是指最大稱(chēng)量到最小稱(chēng)量之間的范圍。
最大稱(chēng)量是電子天平的一項(xiàng)重要指標(biāo),指不計(jì) 添加皮重時(shí)的最大稱(chēng)量能力。選擇電子天平時(shí),要選 合適的最大稱(chēng)量。液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置有其流量范圍 指標(biāo)流量計(jì)在被檢時(shí)每次測(cè)量時(shí)間不應(yīng)少 于裝置要求的最短測(cè)量時(shí)間t,以渦輪流量計(jì)為例, 檢定時(shí)要求流量計(jì)檢定點(diǎn)包含q腿,每個(gè)檢定點(diǎn)的檢 定次數(shù)不少于3次,對(duì)于準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于0.5級(jí)的 流量計(jì),每個(gè)流量點(diǎn)的檢定次數(shù)不低于6次。為滿足 流量計(jì)檢定的基本要求,同時(shí)提高流量計(jì)檢定的工 作效率,電子天平的最大稱(chēng)量至少要大于1。
稱(chēng)重法液體標(biāo)準(zhǔn)裝置要求液體從容器頂部注 入,在沒(méi)有緩沖裝置的情況下,液體注入的過(guò)程中尤 其是大流量狀體將會(huì)對(duì)天平產(chǎn)生較大沖擊。設(shè)介質(zhì) 密度為p,最大流量狀態(tài)時(shí),介質(zhì)出口流速為v。,則流 體對(duì)天平產(chǎn)生的沖擊力為V。。
對(duì)介質(zhì)進(jìn)行稱(chēng)重還要考慮需要容器對(duì)介質(zhì)進(jìn)行 收集及稱(chēng)重箱,稱(chēng)重箱在滿足使用要求的情況下質(zhì) 量m。越輕越好。
除了考慮以上稱(chēng)量因素,為保證天平不會(huì)因過(guò)載 而損壞,最大稱(chēng)量需加一定的保險(xiǎn)系數(shù),也就是最 大載荷再放寬一些,但并不是越大越好。此處可取
最小稱(chēng)量應(yīng)理解為樣品每次添加的最下劑量, 小于該載荷值時(shí)稱(chēng)量結(jié)果可能產(chǎn)生過(guò)大的相對(duì)。不 同等級(jí)天平最小稱(chēng)量如表1所示。
2.2.2分度值
分度值是天平的重要參數(shù),有實(shí)際分度值和檢 定分度值e。實(shí)際分度值是指相鄰示值之差,即可顯 示的最小讀數(shù),檢定分度值用于劃分天平級(jí)別與計(jì) 量檢定,以質(zhì)量單位表示的值,檢定分度值應(yīng)滿足 d在e在10 d,在一般情況下,檢定分度值e還應(yīng)服從 e=10kkg,其中k為正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零。選定電子天 平時(shí),要從絕對(duì)精度即檢定分度e值著手,如選擇 0.01 mg的天平,不能將精度概要表述為1/10000或 1/100000,這樣有時(shí)是相對(duì)精度,而實(shí)際精度可能達(dá) 不到使用要求。
某流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在流量點(diǎn)0.1 mg/s進(jìn)行檢定 時(shí),一次檢定時(shí)間為20s,則一次稱(chēng)量重量為0.2mg, 若采用精度為十萬(wàn)分之一,最大稱(chēng)量0.1 kg的天 平(其絕對(duì)精度只有0.1mg),所得出的結(jié)果是不準(zhǔn) 確的。
2.2.3 不確定度
從液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置合成不確定度分項(xiàng)看,電子秤所引入的不確定度是其主要項(xiàng),其不確定度大小將 在很大程度上影響裝置整體不確定度。選購(gòu)天平時(shí), 可以直接看到最大稱(chēng)量、分度值等參數(shù),卻不能知道 不確定度與什么參數(shù)相關(guān),在考慮不確定度的情況 下選擇天平時(shí),將會(huì)無(wú)從下手。下面分析一下稱(chēng)重法 液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置用天平不確定度的計(jì)算。
以某電子天平為例:型號(hào)為ME4002;最大稱(chēng)量 為4 200 g;可讀性為0.01 g;重復(fù)性為0.01 g;線性誤 差為0.02g。
由以上參數(shù)及電子天平檢定規(guī)程可知,實(shí)際分 度值d=0.01 g,取檢定分度值e=10 d=0.1 g。
檢定分度數(shù) n=Max/e=4.2x104。
天平準(zhǔn)確度等級(jí)為II級(jí)e為0.1 g,5x103^n^ 1x105。
其最大允許誤差為±1.0e,即±0.01 g。
以某被測(cè)物體m為例,在天平對(duì)物體進(jìn)行稱(chēng)量 時(shí),假設(shè)天平讀數(shù)為n,則有m=n,u (m) =u (n)
假設(shè)天平的線性誤差引入的不確定度符合均勻 分布,已知用天平進(jìn)行稱(chēng)量時(shí),其線性誤差是其不確 定度的主要來(lái)源。所以,在不知道天平不確定度時(shí), 可以用天平最大允許誤差除以姨作為電子天平的不確定度估算,即根據(jù)天平等級(jí),檢定數(shù)及檢定分度 值進(jìn)行估算。
2.2.4其他要求
選購(gòu)電子天平時(shí)除考慮其以上介紹主要參數(shù) 外,還要考慮天平結(jié)構(gòu)、尺寸等是否滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。 現(xiàn)代流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)多設(shè)有測(cè)控系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò) 程的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理。所以在選擇電 子天平時(shí)要求天平電子系統(tǒng)具有通信功能和相應(yīng)的 結(jié)構(gòu),便于天平與系統(tǒng)相連等。
3.電子秤檢定
3.1電子秤檢定方法
在使用量限范圍內(nèi)取10個(gè)均勻分布點(diǎn),用標(biāo)準(zhǔn) 砝碼從J=1逐步加載到J=10,完成第一次測(cè)試;再?gòu)?J=10逐步卸載到J=1,完成第二次測(cè)試。分別記錄下 加載質(zhì)量mi、卸載質(zhì)量m2、電子秤讀數(shù)Rm和空容器衡 器讀數(shù)的平均值Ro計(jì)算各檢測(cè)點(diǎn)的不確定度,取最 大值為電子天平的不確定度。
3.2檢定實(shí)例
以某單位滑油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置用150 kg電子天平 為例,天平型號(hào):KCC150s,編號(hào):3078087,制造廠 家:德國(guó)。
Ro=50.00kg。檢定數(shù)據(jù)如表2所示。
A類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為s2=0.003%。
B類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為^=0.006%。
4.結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了電子秤選擇的方法技巧,提出對(duì)液體流 量標(biāo)準(zhǔn)各需求參數(shù)的估算方法及對(duì)電子天平的選擇 要求,以期能夠很好地指導(dǎo)稱(chēng)重式液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝 置設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電子秤的選擇。