正交試驗在優化氣體容積式流量計檢定條件中應用

黃愛民

（廣東省博羅縣質量技術監督檢測所）

正交試驗在優化氣體容積式流量計檢定條件中應用

黃愛民

（廣東省博羅縣質量技術監督檢測所）

針對氣體流量計檢定影響因素較多的問題，以容積式氣體流量計為例，提出以示值誤差為優化綜合指標，采用正交試驗法分析檢定過程中主要影響因素，包括溫度、濕度、同軸度、取壓方式等。確定各因素對示值誤差影響的主次順序，找出相對最優的檢定條件。實驗結果表明：采用正交試驗方法優化檢定條件方案具有可行性和有效性。

正交試驗；氣體流量計；檢定條件；示值誤差

0 引言

氣體容積式流量計是一種記錄一段時間內流過流體總量的累積式流量儀表。當流體流過流量計時，內部機械運動件在流體動力作用下，把流體分割成單個已知回轉體積，進行重復不斷地充滿和排空，并通過機械或電子測量技術記錄其循環次數，得到流體的累積流量[1]。容積式流量計在流量測量方面較準確，計量性能較穩定，其準確度等級達到0.2級，廣泛應用于工業生產、能源計量、民生計量等領域。但影響容積式氣體流量計檢定的因素較多，特別是高準確度流量計對檢定條件要求更加嚴格，如何確定最優檢定條件尤為重要。

正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法，是分析因式設計的主要方法[2]。它根據正交性從全面試驗中選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備“均勻分散、齊整可比”的特點[3-4]。本文采用正交試驗法分析檢定過程的主要影響因素，確定各因素對示值誤差影響的主次順序，找出相對最優的檢定條件。

1 檢定條件及優化綜合指標

本實驗對某品牌氣體容積式流量計在80 m3/h時的相對最優檢定條件優化。圖1為氣體容積式流量計檢定實物圖。該實驗采用音速噴嘴氣體流量標準裝置（Urel= 0.25%）作為標準器，檢定對象為某品牌標稱準確度為1級的容積式氣體流量計（DN = 50 mm）。把被檢流量計安裝在音速噴嘴氣體流量標準裝置對應口徑的管道上，通過改變檢定條件，進行測試并得到相應的示值誤差。

圖1 氣體容積式流量計檢定實物圖

在檢定過程中，示值誤差影響因素主要有溫度、濕度、同軸度和取壓方式。由于大氣壓力在同一個地方短時內變化不大，在此次試驗中不作分析。試驗在同一流量點（80 m3/h）進行，通過改變溫度、濕度、同軸度和取壓方式，取得最小測量誤差，確定相對最優的檢定條件。檢定試驗條件參數如表1所示。

試驗過程中，每組參數條件下，進行3次重復試驗，并取3次測量平均值作為該組條件下的測量結果，然后以示值誤差為指標，通過正交試驗確定相對最優檢定條件以獲得最小示值誤差。

2 試驗設計與分析

分別用A、B、C、D表示溫度、濕度、同軸度、取壓方式4個主要因素，每個因素有3個水平。用1、2、3表示因素水平，如表1所示，采用L9（34）正交表安排試驗，如表2所示。

表1 因素水平表

表2 試驗方案（L9（34））

表3、表4分別為各次試驗結果以及各因素對示值誤差的影響數據分析表。表4中K1、K2、K3為各因素同一水平試驗結果之和；W1、W2、W3為各因素水平的效應，極差Rj為Max（Wj）－Min（Wj）的差值（j=1,2,3）。極差Rj越大，說明該因素對示值誤差影響程度越大。

表3 正交試驗結果

表4 正交試驗結果分析表

3 結論

由表4得到因素主次順序為取壓方式（因素D）>溫度（因素A）>濕度（因素B）>同軸度（因素C），同時根據各因素各水平的平均值確定優水平，進而選出優組合，按照平均值大小選取優水平為D3A3B3C1。即最佳檢定條件為表前取壓，溫度（24～26）℃，濕度（90～100）%RH，同軸度0 mm。效益曲線見圖2。

圖2 效益曲線圖

此條件的試驗在正交表中的9次試驗中并未出現，通過做補充試驗，得到示值誤差為0.13%，小于正交試驗設計中的最小值0.19%，說明利用正交試驗優化氣體容積式流量計檢定條件的試驗是可行的。由于此次實驗的對象是某品牌某型號的氣體容積式流量計，具有一定的局限性，其他類型氣體流量計的檢定條件優化可參考使用。

[1] 國家質量技術監督檢驗檢疫總局.JJG 633-2005氣體容積式流量計[M].北京:中國計量出版社,2005.

[2] 李云雁,胡傳榮.試驗設計與數據處理[M]. 2版.北京:化學工業出版,2008.

[3] 李玉蘭,林緒虹,劉桂雄.正交設計方法在優化空瓶檢測圖像處理參數中應用[J].光學精密工程, 2005,13(S):206-211.

[4] 陳耿新,林若波.基于正交試驗的加工過程伺服系統參數優選[J].自動化與信息工程,2014,35(1):6-11.

Application of Orthogonal Experiment Method in the Optimization of Verification Conditions for Gas Displacement Meters

Huang Aimin
(Quality and Technical Supervision and Inspection Institute in Boluo County)

The effecting factors of gas displacement meters verification are complex. The gas displacement meters is taken as an example, orthogonal experiment method is adopted to analyze main effecting factors of verification process, including temperature, humidity, coaxial tolerance, pressure manner etc. The important order that various factors affect on the error of indication is determined, and optimal verification conditions is found out. The experiment results show that the verification conditions optimization scheme is feasible and effective.

Orthogonal Experiment; Gas Meters; Verification Conditions; Indication Error

黃愛民，男，1982年生，副所長，研究方向為儀器儀表工程。E-mail: ham28@139.com