電子秤改造為液體小流量檢定儀的應用

孟萁

(中航工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，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、稱重法和標準表法。在生產現場進行液體小流量浮子流量計檢定時，由于場地等環境條件的限制，一般采用稱重法，即用電子秤、電子秒表等作為標準，靠人工卡秒表和讀電子秤的方式進行檢定。這樣做的好處是連接和拆卸管路、標準設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，重復性較差。

為了克服這些缺點，我們采用電子秤——具有數據通訊功能的ACS －40D －XB 多功能信函包裹秤作為衡器標準，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構成及工作原理

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節閥，使流經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，排除管道內和附著浮子周邊的氣泡，然后調節流量使浮子升到被檢的刻度點，待流體狀態和浮子穩定后，流量標準裝置分別記錄測量時間范圍內的累計質量，以及檢定時的環境大氣密度和容器內的液體密度，可按下式計算流量qv:

式中:M 為液體流入的質量;t 為液體的流入時間;ρs為稱量容器內液體的密度;c 為浮力修正系數。

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

式中:k 為修正系數。

1.2 檢定儀構成

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 接口轉換器，使得計算機能夠控制電子秤，電子秤也能將測試數據傳輸給計算機。

1.3 檢定儀工作原理

由于采用計算機控制，使用者可自行設定需要采集的液體流入質量和流入時間，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量信息傳輸到計算機，計算機通過軟件控制累計的質量和時間，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等計算過程)。

式中:M 為液體流入的質量;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量(即開始質量)。當到達預定的時間段時，計算機自動采集電子秤上的質量(即結束質量)，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量和結束質量，點擊“開始”按鈕，計算機連續采集電子秤的質量，當采集的質量達到設定的開始質量時，計算機開始計時(即開始時間)，當計算機采集的質量等于設定的結束質量時，停止計時 (即結束時間)，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 應用軟件

運用基于Windows 環境下運行的delphi 語言開發的應用程序，界面友好，程序流程圖如圖2 所示，使用者啟動應用程序后，可根據工作需求選擇定量法或定時法進行液體浮子流量計的檢定。如果設置的時間或質量參數不符合要求，應用程序將報故，待重新設置合理的數據后才能繼續工作，該程序還可根據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 的轉子流量計進行檢定，介質為水，采用定時法。主要檢定數據如表1。

被檢刻度/L·h －1電子秤讀數/kg測量時間/s刻度狀態下的實際流量/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

在試驗過程中發現，液體小流量檢定儀采樣率也是影響測量準確性的主要因素，只要將采集時間設置長一些，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 轉子流量計為例，在該流量計的上限測量點400 L/h 處進行不確定度分析。

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)，介質為水，質量名義值6.65533 kg。

3.1 電子秤引入的標準不確定度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準不確定度u2

計算機時鐘等引入的不確定度遠遠小于其它參數引入的不確定度，忽略不計。計算機采集電子秤測試數據的采樣率是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，由采樣率引入的標準不確定度

3.3 測量重復性引入的標準不確定度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。重復性分量已包含人員讀數引入的不確定度分量。

上述各分量獨立不相關，則合成標準不確定度uc

取置信水平p=95%，k=2

相對擴展不確定度Urel=2uc=0.39% (k=2)

JJG257 －2007 《浮子流量計檢定規程》規定的浮子流量計等級為1.0 級至5.0 級，用作檢定標準的擴展不確定度應優于被檢流量計最大允許誤差的1/2。通過對40 ～400 L/h 轉子流量計測量結果的不確定度分析，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 結束語

通過對電子秤改造為液體小流量檢定儀的試驗進行分析可以看出: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、工作性能穩定，攜帶方便的特點，適合現場計量檢定工作。

［1］國家質量監督檢驗檢疫總局. JJG 257 －2007 浮子流量計檢定規程［S］. 北京:中國計量出版社，2008.