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流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置
關(guān)鍵字:流量計(jì), 日期:2012-8-6 9:15:02
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一、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的作用
1.量值傳遞概念
量值傳遞即是通過對計(jì)量器具的檢定或校準(zhǔn),將國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值通過標(biāo)
準(zhǔn)逐級傳遞到工作用計(jì)量器具,以保證量值的準(zhǔn)確和一致的過程。
流量計(jì)的準(zhǔn)確度涉及流量量值傳遞的知識。流量標(biāo)準(zhǔn)裝置作為流量單位量值的統(tǒng)一與傳
遞的標(biāo)準(zhǔn),確保我國各地區(qū)和各部門的流量量值統(tǒng)一在一個(gè)量值標(biāo)準(zhǔn)上。
流量是不存在實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)出量,它由基本量(長度、質(zhì)量、時(shí)間等)在特定條件下
綜合得出,量值的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)(稱為原始標(biāo)準(zhǔn))實(shí)際上就是一套原始流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,它是需
要在特定條件下由基本量(長度、質(zhì)量、時(shí)間等)合成。在裝置上把各基本量綜合為導(dǎo)出
量,即裝置的容積V或質(zhì)量m作為計(jì)量的依據(jù),結(jié)合時(shí)間t的測量,可以得到體積流量或質(zhì)
量流量。然后把量值傳遞給一臺或一組流量計(jì),稱為工作基準(zhǔn)或傳遞標(biāo)準(zhǔn),用傳遞標(biāo)準(zhǔn)
(量值的載體)向下一級標(biāo)準(zhǔn)(亦為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置)傳遞流量量值。借助于傳遞標(biāo)準(zhǔn)把全國
的流量量值統(tǒng)一(一致)起來。國際間的流量量值的統(tǒng)一是用國際間的裝置比對來達(dá)到的。
在各類檢測參數(shù)量值傳遞系統(tǒng)中,流量的量值傳遞系統(tǒng)是較困難建立的一類,因?yàn)榱髁?br />
量值有以下特點(diǎn):
(1)流量是自然界不存在實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)出量,需在特定條件下由基本量(長度、質(zhì)量、
時(shí)間、溫度等)合成。
(2)流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量,它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量,因此
它不僅是基本量的靜態(tài)組合,又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì),流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響,例如
流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用,宏觀的湍流、旋渦運(yùn)動(dòng)等,在具體的管道中還受到邊界條
件(管壁)的制約。
(3)流量量值需通過流體介質(zhì)的物理變化得以反映,因此用于校驗(yàn)的介質(zhì)最好就是使
用介質(zhì),但介質(zhì)有千萬種,不可能按此原則辦,只好采用模擬媒介,然后通過介質(zhì)換算把流
量量值傳遞到工作介質(zhì)。
(4)存在于不同工作狀態(tài)的流體介質(zhì)表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì),因此流量量值在不同工
作狀態(tài)時(shí)必須考慮該因素的影響。
(5)流量量值基準(zhǔn)與工作儀表的準(zhǔn)確度差別不可能太大,它們的數(shù)量級差別不像基本
量或其他導(dǎo)出量那么大,量值傳遞時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的誤差一般不能忽略,校準(zhǔn)流量計(jì)時(shí),誤差的估算
較復(fù)雜。
(6)由基準(zhǔn)向工作儀表傳遞量值時(shí),由于參比工作條件難以維持,影響量漸趨復(fù)雜,
誤差估算困難程度逐漸加大。
(7)流量量值準(zhǔn)確度不高,原因在于其導(dǎo)出量是動(dòng)態(tài)的、綜合的。
2.溯源性說明
溯源性是通過具有規(guī)定不確定度的連續(xù)的比較鏈,使測量結(jié)果或標(biāo)準(zhǔn)能夠與規(guī)定的計(jì)量
標(biāo)準(zhǔn)(通常是與國家基準(zhǔn)或國際基準(zhǔn))聯(lián)系起來的特性,應(yīng)注意:
(1)此概念常用形容詞“可溯源的”來表達(dá)。
(2)這條不間斷的比較鏈稱為溯源鏈。
因此,在計(jì)量檢定、校準(zhǔn)過程中,通過將高一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的基準(zhǔn)作為實(shí)際值,
用它來檢定或校準(zhǔn)有關(guān)量的其他低等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或計(jì)量器具或?yàn)槠涠ㄖ?,這一過程稱為量
值傳遞。而量值溯源是量值傳遞的逆過程,即被計(jì)量的量值能與國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基
準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值聯(lián)系。也就是說,用工作計(jì)量器具測量所得量值的誤差或誤差范圍是在規(guī)定
的范圍內(nèi)。這是因?yàn)楣ぷ饔?jì)量器具的實(shí)際值是經(jīng)過高一級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定或校準(zhǔn)的,而高一
級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際值又經(jīng)過更高一級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定或校準(zhǔn)。這樣一級一級追溯上去,最
后與國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值相聯(lián)系,這就是量值的傳遞與溯源。
3.實(shí)現(xiàn)流量量值的統(tǒng)一和正確傳遞
流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是用于復(fù)現(xiàn)和傳遞流量量值的設(shè)備,是流量量值的來源。由于流量計(jì)量的
是在流動(dòng)過程中通過的流體量,而流體本身不能做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體來保存和傳遞量值,因
此流量量值只能借助于測量流量的裝置。這種擔(dān)任量值傳遞任務(wù)的裝置稱為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
因此,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置最主要的任務(wù)是作為流量量值統(tǒng)一與傳遞的標(biāo)準(zhǔn)將流量量值正確地傳遞
給流量計(jì),并保證我國各地區(qū)和各部門的量值統(tǒng)一在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上。
4.流量儀表的性能研究
各種流量計(jì),從研制到投入使用,必須對其特性進(jìn)行研究,對其標(biāo)稱的流量性能進(jìn)行試
驗(yàn),并給出試驗(yàn)結(jié)果。這些試驗(yàn)研究工作,都需要在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行。比如,通過試驗(yàn)
可以確定流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級、流量的范圍度及可承受的過載能力、儀表的可靠性與壽命、
重復(fù)性等。
5.相關(guān)參數(shù)和流動(dòng)條件研究
影響流量計(jì)特性的因素很多,除去儀表本身的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)外,流體的流動(dòng)特性、工
作狀態(tài)等都對流量計(jì)的計(jì)量性能產(chǎn)生影響。由于流量計(jì)的使用條件千變?nèi)f化,建立完全與使
用條件相一致的流量裝置是不現(xiàn)實(shí)的。比如,我們所建立的裝置運(yùn)行時(shí)的流體溫度、壓力、
密度、黏度等參數(shù)不可能與所有使用條件完全一致。因此,,必須選定其共性條件,建立標(biāo)準(zhǔn)裝
置,再運(yùn)用理論知識或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對流量計(jì)標(biāo)定時(shí)與使用條件差異造成的影響進(jìn)行修正,并分析
這一修正對流量儀表準(zhǔn)確度產(chǎn)生的影響。流量儀表的開發(fā)研究單位通過標(biāo)準(zhǔn)裝置試驗(yàn)可以研
究儀表的動(dòng)態(tài)特性,以便對儀表進(jìn)行合理設(shè)計(jì),進(jìn)一步考慮儀表的適應(yīng)環(huán)境條件。通過研究參
比條件和實(shí)際使用條件之間的差異對儀表準(zhǔn)確度的影響,采用合理的介質(zhì)換算和修正的方法。
6.其他
(1)在計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行流量計(jì)的型式評價(jià)試驗(yàn)、性能試驗(yàn)研究工作,通過試驗(yàn)可
確定準(zhǔn)確度等級、流量的范圍度承受的過載能力、儀表的可靠性與壽命、重復(fù)性等計(jì)量特
性,是質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)行仲裁工作的手段。
(2)制定國家(或企業(yè))的標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量檢定規(guī)程時(shí),通過裝置研究測試方法并進(jìn)行數(shù)
據(jù)的驗(yàn)證。
(3)進(jìn)行國內(nèi)外的比對工作,確定系統(tǒng)不確定度,修正量值。
二、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的分類
流量標(biāo)準(zhǔn)裝置有很多種分類方法:
(1)按測量方法分,有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。
靜態(tài)法,就是測量在一定的時(shí)間內(nèi),將介質(zhì)收集在一定的容器內(nèi),待靜止后讀取容積值
或質(zhì)量值。
動(dòng)態(tài)法,就是在流體介質(zhì)流動(dòng)過程中進(jìn)行定量測量的方法。
(2)按計(jì)量器具分,有稱量法、容積法和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法。
(3)按標(biāo)準(zhǔn)裝置分,有原始標(biāo)準(zhǔn)和傳遞標(biāo)準(zhǔn)。
(4)按測量介質(zhì)分(水、氣、油或其他介質(zhì)),可以將裝置分為油裝置、水裝置和氣裝
置等。
此外,還有模擬校驗(yàn)方法,如孔板、噴嘴的幾何尺寸校驗(yàn)等非實(shí)流的標(biāo)定方法。模擬校
驗(yàn)方法是在現(xiàn)有的理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,直接由尺寸測量來確定流量計(jì)計(jì)量性能的校驗(yàn)
方法。該方法要求流量計(jì)的生產(chǎn)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
原始標(biāo)準(zhǔn)裝置(也稱原級標(biāo)準(zhǔn)),是依據(jù)流量的基本定義予以實(shí)現(xiàn)的裝置,即以容積v
或質(zhì)量m作為計(jì)量的依據(jù),結(jié)合時(shí)間t的測量,可以得到容積流量或質(zhì)量流量。
傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置(又稱次級標(biāo)準(zhǔn))一般是使用通過原始標(biāo)準(zhǔn)流量裝置進(jìn)行量值傳遞的、
具有良好重復(fù)性及穩(wěn)定性的一臺或一組的流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器,將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)串
聯(lián),比較其示值以實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的校驗(yàn)的方法。它是原始標(biāo)準(zhǔn)流量裝置和現(xiàn)場工作流量計(jì)之間
的中間環(huán)節(jié),與工作流量計(jì)串聯(lián),比較其流量示值以實(shí)現(xiàn)流量量值的傳遞和量值的統(tǒng)一。以
此可以避免原始標(biāo)準(zhǔn)裝置的頻繁使用,保證原始標(biāo)準(zhǔn)的高準(zhǔn)確度。另一方面,在使用中,傳
遞標(biāo)準(zhǔn)裝置要比原始標(biāo)準(zhǔn)裝置簡單、方便,提高工效。
流量標(biāo)準(zhǔn)裝置分類如圖5 -1所示。
三、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基本原理
流量是一個(gè)導(dǎo)出物理量。所謂流量,就是單位時(shí)間內(nèi)流過管道或明渠橫截面積的流體
量。當(dāng)用流體流過的體積與時(shí)間之比表示流量時(shí),稱為體積流量;當(dāng)用流體流過的質(zhì)量與時(shí)
間之比表示流量時(shí),稱為質(zhì)量流量。如果流體的流動(dòng)隨時(shí)間變化,被測流體的流量應(yīng)使用平
均流量表示。所謂平均流量,就是在測量時(shí)間內(nèi)流量的平均值。
四、流量計(jì)量器具的量值傳遞
流量計(jì)量器具量值傳遞系統(tǒng)框圖見圖5 -2。工作流量計(jì)應(yīng)向流量標(biāo)準(zhǔn)裝置溯源,傳遞
法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)向原始法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置溯源,原始法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)向基本量標(biāo)準(zhǔn)溯源。
在流量器具量值傳遞圖上每一級計(jì)量器具都可以向上一級計(jì)量器具溯源,也可以直接向更高
級的計(jì)量器具溯源。量值溯源的基礎(chǔ)是不確定度分析合理,一般來講,上一級計(jì)量器具的不
確定度應(yīng)小于下一級計(jì)量器具不確定度的1/2。
國家液體流量計(jì)量基準(zhǔn)器具是一套原始法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。液體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具是由
傳遞標(biāo)準(zhǔn)器、液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、體積管和標(biāo)準(zhǔn)表法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置組成的。原始法液體
流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和體積管的量值是由質(zhì)量或體積、密度、時(shí)間而來,并由傳遞標(biāo)準(zhǔn)器通過傳遞
或比對的方式與國家液體流量計(jì)量基準(zhǔn)器具相聯(lián)系。標(biāo)準(zhǔn)表法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值是由
國家液體流量計(jì)量基準(zhǔn)器具、原始法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置或體積管傳遞而來。液體流量工作計(jì)
量器具指各種液體流量計(jì)(含速度面積法液體流量裝置),其量值是由國家液體流量計(jì)量
準(zhǔn)器具或液體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具傳遞而來。
檢定系統(tǒng)分三部分:計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具。三部分的關(guān)系表示在檢定系
統(tǒng)表框圖中。為了保證量值的準(zhǔn)確一致,各級計(jì)量器具應(yīng)按照檢定系統(tǒng)規(guī)定的技術(shù)等級進(jìn)行
周期檢定。
五、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展
可以看到,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究和應(yīng)用是流量計(jì)量和測試技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),得到了
各國普遍的重視,相繼研究建立了種類繁多的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,并在裝置的技術(shù)指標(biāo)、特性等
方面進(jìn)行了深入的研究。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國際法制計(jì)量組織等機(jī)構(gòu)也相繼頒布了相關(guān)的國
際標(biāo)準(zhǔn)、國際建議。主要發(fā)達(dá)國家國內(nèi)、國與國之間、區(qū)域計(jì)量組織也都組織了不同范圍的
流量裝置比對,以研究量值統(tǒng)一的技術(shù)問題。
雖然在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究和建立上已有很大進(jìn)展,但近年來由于天然氣、液化石油氣
等新能源的普遍使用,社會對大水流量計(jì)量要求的提高等對流量裝置又提出了新的要求。因
此,建立正壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,建立大流量標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,提高裝置準(zhǔn)確度水
平,研究黏度、壓力、溫度等參數(shù)對流量計(jì)的影響等成為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置發(fā)展的方向。
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