流量測量裝置|液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)密度測量方
摘要: 無論是質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞體積量流量計(jì)還是容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞質(zhì)量流量計(jì)，均存在介質(zhì)密度的測量問題，特別對(duì)于高準(zhǔn)確度流量計(jì)介質(zhì)密度的測量準(zhǔn)確度對(duì)其計(jì)量性能的判定起到關(guān)鍵作用，文章就介質(zhì)密度不同測量方法進(jìn)行描述，并對(duì)不同方法進(jìn)行分析比較，使用者可以選擇適合本裝置使用，并保證介質(zhì)密度測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的測量方法。研發(fā)出了一種全自動(dòng)介質(zhì)密度的測量方法和裝置，該方法測量準(zhǔn)確度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，在本所油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，得到了滿意的結(jié)果。
0、引言：
得益于稱量傳感器技術(shù)和電子電路技術(shù)的不斷發(fā)展，高準(zhǔn)確度電子秤數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠已得到驗(yàn)證，從而使得以高準(zhǔn)確度電子秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量準(zhǔn)確度不斷提高，整套裝置的不確定度優(yōu)于 0. 05% ( k = 2) 已不是難題，但在傳遞各種體積量流量計(jì)時(shí)必然存在質(zhì)量到體積的換算，同樣容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在傳遞質(zhì)量流量計(jì)時(shí)也存在體積到質(zhì)量的換算，這兩類液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行傳遞流量計(jì)涉及到一個(gè)關(guān)鍵問題，就是介質(zhì)密度的準(zhǔn)確測量。
對(duì)于高準(zhǔn)確度流量計(jì)，介質(zhì)密度測量準(zhǔn)確度的高低直接關(guān)系到流量計(jì)測量結(jié)果的好壞，我們在使用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞流量計(jì)過程中涉及到的介質(zhì)密度測量主要有 3 種: ①在線測量密度。②離線測量密度。③根據(jù)溫度查表法得到密度。
對(duì)于高準(zhǔn)確度流量計(jì)，介質(zhì)密度測量準(zhǔn)確度的高低直接關(guān)系到流量計(jì)測量結(jié)果的好壞，我們在使用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置傳遞流量計(jì)過程中涉及到的介質(zhì)密度測量主要有 3 種: ①在線測量密度。②離線測量密度。③根據(jù)溫度查表法得到密度。
下面就各種介質(zhì)密度測量方法進(jìn)行分析。
1、在線測量密度
1. 1、管道式在線密度計(jì)直接測量：
這種方法是使用得***多且***直接的方法，一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 3 000 kg / m3 ; 溫度范圍: － 50 ～ 150 ℃ ; ***大壓力: 25 MPa; 準(zhǔn)確度: 0. 1 kg / m3 。這類密度計(jì)生產(chǎn)的公司較多，有美國 Calibron公司、Barton 公司、千德樂石油工業(yè)公司、英國Solartron 公司、Sarasota 公司以及日本 Oval 公司
等。
1. 2、使用質(zhì)量流量計(jì)測量密度：
一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 5 000 kg / m3 ;溫度范圍: － 100 ～ 200 ℃ ; ***大壓力: 10 MPa;準(zhǔn)確度: 0. 2 kg / m3 。這類密度計(jì)生產(chǎn)的公司較多，有美國 EMEＲ-SON 公司、瑞士 E + H 公司、德國 KＲOHNE 公司以及日本 YOKOGAWA 公司等。
1. 3、其他類型的在線密度測量方法：
如超聲波式、差壓式、振動(dòng)式和投入式等，一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 3 000 kg / m3 ; 溫度范圍: － 50 ～ 200 ℃ ; ***大壓力: 10 MPa; 準(zhǔn)確度: 1. 0 kg / m3 。
2、離線測量密度：
2. 1、使用標(biāo)準(zhǔn)玻璃浮計(jì)進(jìn)行測量密度：
這種方法是使用的***多的方法，價(jià)格低廉，測量方便，一等標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)組測量范圍: 650 ～
| 3 | 根據(jù)溫度查密度表 | 計(jì)和密度計(jì)，實(shí)際測量出實(shí)際使用介質(zhì)不同溫度 | |||||||||||||||||
| 下的密度值，得出一張密度表，密度表的溫度間 | |||||||||||||||||||
| 3. 1 | 根據(jù)查純水的密度表 | 隔根據(jù)實(shí)際使用對(duì)準(zhǔn)確度的要求確定，也可以采 | |||||||||||||||||
| 采用國際溫標(biāo) ( ITS—90 ) ，在溫度0 | ～ 40 ℃ | 用一組密度與溫度的關(guān)系公式來表達(dá)。 | |||||||||||||||||
| 范圍內(nèi)，每隔 0. 1 ℃ 有一個(gè)密度值，直接查表 | |||||||||||||||||||
| 得到。 | 4 各方法之間的對(duì)比 | ||||||||||||||||||
| 3. 2 | 取實(shí)際使用的介質(zhì)做出密度和溫度關(guān)系表 | 從表 1 | 中可以看出，這 3 種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)， | ||||||||||||||||
| 對(duì)于循環(huán)使用的介質(zhì)，我們用高準(zhǔn)確度的溫度 | 我們可以根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的測量方法。 | ||||||||||||||||||
| 表 1 | 介質(zhì)密度測量方法對(duì)比表 | |||||||||||||||||||||
| 序 | 方法名稱 | 測量范圍 / | 準(zhǔn)確度 / | 量值溯源依據(jù) | 成本 | 特點(diǎn) | ||||||||||||||||
| 號(hào) | ( kg / m3 ) | ( | kg / m3 ) | |||||||||||||||||||
| JJG 370—2007 | 適用于大宗物料的貿(mào)易交接，與體 | |||||||||||||||||||||
| 管道式在線密度 | 積流量計(jì)配合使用，進(jìn)行質(zhì)量流量的 | |||||||||||||||||||||
| 0 ～ 3 000 | 0. 1 | 《在線振動(dòng)管液體 | 高 | |||||||||||||||||||
| 計(jì)直接測量 | 連續(xù)測量，能實(shí)時(shí)反應(yīng)介質(zhì)密度的變 | |||||||||||||||||||||
| 密度計(jì)》 | ||||||||||||||||||||||
| 化情況 | ||||||||||||||||||||||
| 1 | 在線測 | 使用質(zhì)量流量計(jì) | JJG 370—2007 | 適用于大宗物料的貿(mào)易交接，得到 | ||||||||||||||||||
| 量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 0 ～ 5 000 | 0. 2 | 《在線振動(dòng)管液體 | 高 | 密度參數(shù)用于分析和處理，能實(shí)時(shí)反 | ||||||||||||||||||
| 測量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 密度計(jì)》 | 應(yīng)介質(zhì)密度的變化情況 | |||||||||||||||||||||
| 其他類型的在線 | 參照 JJG 370— | 用于密度參數(shù)的獲得，用于分析和 | ||||||||||||||||||||
| 0 ～ 3 000 | 1. 0 | 2007 《在線振動(dòng) | 較高 | 處理，能實(shí)時(shí)反應(yīng)介質(zhì)密度的變化 | ||||||||||||||||||
| 密度測量方法得到 | ||||||||||||||||||||||
| 管液體密度計(jì)》 | 情況 | |||||||||||||||||||||
| 一等 | 0. 2 | 采樣對(duì)介質(zhì)進(jìn)行溫度和密度同時(shí)測 | ||||||||||||||||||||
| 使用標(biāo)準(zhǔn)玻璃浮 | 650 ～ 1 500 | JJG 86—2001 | ||||||||||||||||||||
| 0. 5 | 低 | 量，密度準(zhǔn)確性要求較高，不能實(shí)時(shí) | ||||||||||||||||||||
| 計(jì)進(jìn)行測量密度 | 二等 | 《標(biāo)準(zhǔn)玻璃浮計(jì)》 | ||||||||||||||||||||
| 離線測 | 0. 05 | 反應(yīng)介質(zhì)密度的變化情況 | ||||||||||||||||||||
| 2 | 650 ～ 2 000 | |||||||||||||||||||||
| 量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 使用臺(tái)式密度計(jì) | JJG 1058—2010 | ||||
| 0 ～ 3 000 | 《實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)式液 | ||||
| 進(jìn)行測量 | |||||
| 體密度儀》 | |||||
| 根據(jù)查純水的密 | 992. 212 ～ | — | 國際溫標(biāo) | ||
| 度表得到 | 999. 840 | ( ITS—90) | |||
| 3 | 根據(jù)溫度 | ||||
| 查密度表 | 取實(shí)際使用的介 | ||||
| 質(zhì)做出密度和溫度 | — | — | — | ||
| 關(guān)系表 |
采樣對(duì)介質(zhì)進(jìn)行溫度和密度同時(shí)測高 量，密度準(zhǔn)確性要求非常高，不能實(shí)時(shí)反應(yīng)介質(zhì)密度的變化情況對(duì)介質(zhì)的密度準(zhǔn)確度要求不高，能低實(shí)時(shí)反應(yīng)介質(zhì)密度的變化情況較高 ( 主要對(duì)介質(zhì)的密度準(zhǔn)確度要求較高，能是工作實(shí)時(shí)反應(yīng)介質(zhì)密度的變化情況量較大)
5、采用的密度測量方法：
我們綜合了各介質(zhì)密度測量方法的特點(diǎn)，自主設(shè)計(jì)完成了一套介質(zhì)密度測量裝置，該裝置不但能實(shí)現(xiàn)在線密度測量，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)離線密度測量，測量準(zhǔn)確度非常高，數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定。采用的方法和步驟 ( 1) ～ ( 6) 如圖 1 所示。測量原理: 通過裝置長時(shí)間運(yùn)行，用臺(tái)式密度計(jì)測量，得到不同溫度下的油品密度值，如有12 ～ 30 ℃ 溫度與密度的對(duì)照表保存在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。在實(shí)際檢定過程中，我們只要通過高準(zhǔn)確度溫度傳感器測量被檢表附近的溫度值，通過查詢對(duì)照表就可以得到油品的密度值，實(shí)現(xiàn)在線測量的功能，無須再通過用臺(tái)式密度計(jì)離線測量。實(shí)現(xiàn)了根據(jù)需要可以自由選擇在線或離線測量方法。由于臺(tái)式密度計(jì)采樣測量時(shí)間在 7 min 左右，如果需要溫控時(shí)間更長，在線測量方法大大節(jié)約工作時(shí)間，此時(shí)臺(tái)式密度計(jì)采樣測量主要用于核查使用。
圖 1 油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)密度測量示意圖
6、結(jié)束語：
本裝置使用的臺(tái)式密度計(jì)經(jīng)計(jì)量院檢定符合精密級(jí)要求 ( 證書號(hào): LSmd 2015—0383 ) ，質(zhì)量法油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，不確定度 0. 05% ( k = 2)( 證書號(hào): ＲGfk 2016—0009) ，實(shí)際使用便捷，既可實(shí)時(shí)顯示介質(zhì)密度，也可單獨(dú)采樣測量，完全滿足傳遞高準(zhǔn)確度體積量流量計(jì)的要求。