淺談電子密度計(jì)的校準(zhǔn)方法

李建 車達(dá)

【摘要】 電子密度計(jì)在穩(wěn)定有效的測(cè)量過程才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性。本文根據(jù)電子密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為保證儀器工作可靠而制定的校準(zhǔn)方法。

【關(guān)鍵詞】 電子密度計(jì);測(cè)量;校準(zhǔn)方法

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.019

Discussion on the Calibration Method of Electronic Densitometers

LI Jian，CHE Da

（FuShun Research Institute of Technology and Innovation，F(xiàn)uShun 113006，China）

Abstract： Electronic Densitometers must be in a stable and effective measurement process to ensure the reliability and repeatability of the experimental results. According to the structure and working principle of Electronic Densitometers，the calibration method is formulated to ensure the reliable operation of the instrument.

Key words： electronic densitometers;measuring;calibration method

1 電子密度計(jì)的結(jié)構(gòu)與工作原理

電子密度計(jì)是基于阿基米德原理，通過浮力與密度計(jì)算公式的推導(dǎo)與變換形成等式，利用其稱重功能稱出產(chǎn)品重量，通過特殊裝置測(cè)量出產(chǎn)品在水中所受到的重量，在顯示儀表上直接讀取密度值。

電子密度計(jì)主要由主機(jī)、水槽、測(cè)量架以及標(biāo)準(zhǔn)配件等四大部分組成。電子密度計(jì)主機(jī)組成部分有外殼、顯示屏、電路板和傳感器。水槽是專門針對(duì)固體密度的測(cè)試（液體是測(cè)量杯）。測(cè)量架安裝在水槽中，架結(jié)構(gòu)上包含水中吊欄（測(cè)試液體的測(cè)量架只需放置板鐵桿和掛鉤）。標(biāo)準(zhǔn)配件有鑷子、溫度計(jì)、砝碼、防風(fēng)罩、測(cè)顆粒配件、測(cè)浮體配件等。

2 電子密度計(jì)的主要計(jì)量特征

按照國家量值溯源和傳遞系統(tǒng)的要求，電子密度計(jì)的主要計(jì)量特征有二項(xiàng)：1）示值誤差;2）重復(fù)性。

3 校準(zhǔn)電子密度計(jì)的主要測(cè)量設(shè)備

3.1 標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)組

測(cè)量范圍650～2000 kg/m3，分度值0.2 kg/m3。

3.2 溫度計(jì)

測(cè)量范圍0～50 ℃，分度值0.1。

3.3 電子天平

最大稱量不小于200 g，分辨力為0.01 g。

3.4 外徑千分尺

測(cè)量范圍為0～25 mm，分度值為0.001 mm。

3.5 校準(zhǔn)液體

石油產(chǎn)品混合液測(cè)量范圍為650～800 kg/m3;精水溶液測(cè)量范圍為810～950 kg/m3;硫酸氫乙酯測(cè)量范圍為960～1830 kg/m3。

4 環(huán)境影響

室溫控制為（20±5） °C，室溫與液溫之差不能超過5 °C，相對(duì)濕度不應(yīng)大于85%。室內(nèi)要避免氣流，盡量避免陽光直射，遠(yuǎn)離震源及電磁干擾，以免帶來較大誤差。

5 電子密度計(jì)的校準(zhǔn)方法

5.1 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

校準(zhǔn)前要將標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)、校準(zhǔn)用樣品等洗凈干燥，玻璃儀器內(nèi)壁應(yīng)不掛水珠。被校電子密度計(jì)液體槽清洗干凈，注入純水，觀察電子密度計(jì)水平泡，將電子密度計(jì)調(diào)平。開機(jī)后要預(yù)熱5分鐘，確保電子密度計(jì)穩(wěn)定。儀器有自交砝碼的，按照說明說要求對(duì)儀器稱量部分進(jìn)行自校。

5.2 校準(zhǔn)方法

測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)選取3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。選取的校準(zhǔn)樣品應(yīng)與校準(zhǔn)液體的測(cè)量范圍相適應(yīng)。將校準(zhǔn)樣品放入校準(zhǔn)液體中，不得與任何物體相接觸，待校準(zhǔn)樣品穩(wěn)定后，等待10分鐘，校準(zhǔn)樣品如懸浮于液體中，用標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)測(cè)量液體，讀取標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)示值ρ并記錄液體溫度。校準(zhǔn)樣品如沒有懸浮液體中，需重新選擇合適的校準(zhǔn)液體。在校準(zhǔn)期間要監(jiān)控液體溫度變化，液體溫度波動(dòng)幅度不應(yīng)超過0.5 °C，否則重新測(cè)量。

將測(cè)量后的校準(zhǔn)樣品從液體中取出清洗并擦拭干凈，放入電子密度計(jì)測(cè)量臺(tái)，待穩(wěn)定儀器顯示校準(zhǔn)樣品質(zhì)量。再將校準(zhǔn)樣品放入水中吊籃臺(tái)（校準(zhǔn)樣品必須完全浸沒在水中，且確保所校準(zhǔn)樣品表面沒有氣泡），待穩(wěn)定儀器顯示校準(zhǔn)樣品在水中的質(zhì)量。將校準(zhǔn)樣品從水中取出，再次稱重。按照儀器說明書操作儀器，在顯示儀表上可讀取樣品密度測(cè)量值。

1）示值誤差試驗(yàn)

將校準(zhǔn)樣品置于校準(zhǔn)液體中，用標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)測(cè)出密度值[ρi]，再將校準(zhǔn)樣品放在被校準(zhǔn)電子密度計(jì)測(cè)量臺(tái)，測(cè)出密度值[ρi]。單次示值誤差為被校準(zhǔn)電子密度計(jì)顯示值與標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)示值之差，重復(fù)做3次，取平均值作為測(cè)量點(diǎn)的示值誤差[△ρ]。按[△ρ=i=13ρi-ρi3]進(jìn)行計(jì)算。式中：[ρi]單次標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)示值（修正后值），kg/m3;[ρi]單次電子密度計(jì)測(cè)量值，kg/m3;[△ρ]示值誤差指標(biāo)，kg/m3。

試驗(yàn)中，當(dāng)液體溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度20 °C不同時(shí)，應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)示值進(jìn)行溫度修正，溫度修正值[△ρt]，g/cm3。按[△ρt=ρtβ（20-t）]進(jìn)行計(jì)算。式中：[ρt]為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)t溫度下的示值，kg/m3;β為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)的體膨脹系數(shù)（通常為25×10-6 °C-1）;t校準(zhǔn)液體溫度，°C。當(dāng)使用的校準(zhǔn)液體與標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)工作用液不一致時(shí)，應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)進(jìn)行毛細(xì)常數(shù)修正，毛細(xì)常數(shù)修正值[△ρα]，g/cm3。按[△ρα=（α2-α1）πDρ2m]進(jìn)行計(jì)算。式中：[α1]液體的毛細(xì)常數(shù)，mm2;[α2]標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)工作用液的毛細(xì)常數(shù)，mm2;D標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)干管的平均直徑，mm;m密度標(biāo)準(zhǔn)及的質(zhì)量，mg;ρ液體密度，g/cm3;π圓周率，取3.14。修正后的[ρi=ρt+△ρα+△ρt+△ρb]。式中：[△ρb]為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)修正值。

2）重復(fù)性試驗(yàn)

在測(cè)量示值誤差試驗(yàn)中，單次測(cè)量中示值誤差的最大值[△ρmax]和示值誤差的最小值[△ρmin]，用公式[△ρmax-△ρmin]求之差，取3次測(cè)量中最大差值Sρ，Sρ為電子密度計(jì)的重復(fù)性指標(biāo)。

6 注意事項(xiàng)

1）使用電子密度計(jì)前，應(yīng)認(rèn)真閱讀技術(shù)說明書，要熟悉技術(shù)指標(biāo)、工作性能、使用方法及注意事項(xiàng)，嚴(yán)格遵照使用說明書的規(guī)定步驟進(jìn)行操作。

2）電子密度計(jì)在通電前，應(yīng)確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定，供電電壓符合電子密度計(jì)規(guī)定輸入的電壓值。如果電子密度計(jì)配有三線電源插頭必須插入帶有保護(hù)接地供電插座中，保證安全。

3）要經(jīng)常對(duì)電子密度計(jì)進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)，存放在干燥通風(fēng)處，避免灰塵與水滲透到電子密度計(jì)的內(nèi)部。待用時(shí)間過長，應(yīng)定期通電開機(jī)，防止潮霉損壞設(shè)備及其零部件。切勿使用有機(jī)溶劑擦拭。

7 結(jié)語

電子密度計(jì)的校準(zhǔn)方法科學(xué)合理，各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合儀器的設(shè)計(jì)性能及實(shí)際測(cè)量工作要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 綦心，陶成，滕飛.電子密度儀檢測(cè)方法的研究[J].計(jì)量技術(shù)，2020（7）：43-44.

[2] 李興華.密度計(jì)量[M].北京：中國計(jì)量出版社，2002.

【作者簡(jiǎn)介】

李健（1975-），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)獒t(yī)療計(jì)量。

車達(dá)（1988-），男，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。