电子秤改造为液体小流量检定仪的应用

2013-12-10孟萁

计测技术 2013年1期

孟萁

(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川成都610092)

0 引言

液体浮子流量计的检定可以分为容积法、称重法和标准表法。在生产现场进行液体小流量浮子流量计检定时，由于场地等环境条件的限制，一般采用称重法，即用电子秤、电子秒表等作为标准，靠人工卡秒表和读电子秤的方式进行检定。这样做的好处是连接和拆卸管路、标准设备的携带和安置较为方便，但这种方法带来的最大缺点是人为误差难以消除，重复性较差。

为了克服这些缺点，我们采用电子秤——具有数据通讯功能的ACS －40D －XB 多功能信函包裹秤作为衡器标准，利用计算机作为控制器，将其改造为计算机控制的液体小流量检定仪，从而实现液体浮子流量计的检定。本文主要介绍液体小流量检定仪的构成、工作原理及其测量不确定度分析。

1 液体小流量检定仪的系统构成及工作原理

1.1 称重法的工作流程及原理

利用称重法检定液体浮子流量计的工作流程及原理是:首先缓慢打开流量调节阀，使流经被检浮子流量计管路出口的液体流入放置在衡器上的容器内，排除管道内和附着浮子周边的气泡，然后调节流量使浮子升到被检的刻度点，待流体状态和浮子稳定后，流量标准装置分别记录测量时间范围内的累计质量，以及检定时的环境大气密度和容器内的液体密度，可按下式计算流量qv:

式中:M 为液体流入的质量;t 为液体的流入时间;ρs为称量容器内液体的密度;c 为浮力修正系数。

由于检定流量计的标准流量装置不是采用砝码，则c =ρs/ρs－ρa)，式中:ρa为检定时环境大气密度。然后再换算到标准状态(即刻度状态)下的流量qN:

式中:k 为修正系数。

1.2 检定仪构成

液体小流量检定仪由测量范围0 ～40 kg 的电子秤、计算机、阀门和容器等组成，如图1 所示。由于该电子秤采用RS232 接口，与目前的计算机均配置USB 接口不匹配，因此，特增加了RS232 －USB 接口转换器，使得计算机能够控制电子秤，电子秤也能将测试数据传输给计算机。

1.3 检定仪工作原理

由于采用计算机控制，使用者可自行设定需要采集的液体流入质量和流入时间，所以浮子流量计的检定方式分为定量法和定时法两种。电子秤将采集到的质量信息传输到计算机，计算机通过软件控制累计的质量和时间，按公式(3)计算液体流量(为了描述方便，以下均省去了浮力修正系数等计算过程)。

式中:M 为液体流入的质量;t 为液体的流入时间。

定时法:通过计算机界面输入需要测量的时间段，点击“开始”按钮，计算机自动记下开始测量的时间并从电子秤上采集此时的质量(即开始质量)。当到达预定的时间段时，计算机自动采集电子秤上的质量(即结束质量)，按公式4 计算出液体流量。

定量法:通过计算机界面输入开始质量和结束质量，点击“开始”按钮，计算机连续采集电子秤的质量，当采集的质量达到设定的开始质量时，计算机开始计时(即开始时间)，当计算机采集的质量等于设定的结束质量时，停止计时 (即结束时间)，按公式(4)计算出液体流量。

图2 液体小流量检定仪的程序流程

1.4 应用软件

运用基于Windows 环境下运行的delphi 语言开发的应用程序，界面友好，程序流程图如图2 所示，使用者启动应用程序后，可根据工作需求选择定量法或定时法进行液体浮子流量计的检定。如果设置的时间或质量参数不符合要求，应用程序将报故，待重新设置合理的数据后才能继续工作，该程序还可根据检定时间来查询以前的检定记录。

液体小流量检定仪的软件主界面如图3 所示。

图3 液体小流量检定仪的主界面

2 液体小流量检定仪的实际应用

用液体小流量检定仪对一台1.0 级、测量范围为40 ～400 L/h 的转子流量计进行检定，介质为水，采用定时法。主要检定数据如表1。

被检刻度/L·h －1电子秤读数/kg测量时间/s刻度状态下的实际流量/L·h －1示值误差/%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

在试验过程中发现，液体小流量检定仪采样率也是影响测量准确性的主要因素，只要将采集时间设置长一些，就能够有效地减少由于采样率不够带来的误差。

由于对液体采用实时称重的方式，流入容器内液体下坠的冲击重量在采集开始和采集停止时可看做一致，特别是在流量小于10 L/min 的条件下，其差值忽略不计，所以该液体小流量检定仪检定浮子流量计的重复性较好。

3 测量不确定度评定

以液体小流量检定仪检定一台测量范围40 ～400 L/h 转子流量计为例，在该流量计的上限测量点400 L/h 处进行不确定度分析。

在400 L/h 测量点，取采样时间为1 min，此时采集的体积为400/60 =6.66667 (L)，介质为水，质量名义值6.65533 kg。

3.1 电子秤引入的标准不确定度u1

由电子秤说明书给出的相对误差为±1/3000，为均匀分布，取包含因子k =，则

3.2 检定仪采样率引入的标准不确定度u2

计算机时钟等引入的不确定度远远小于其它参数引入的不确定度，忽略不计。计算机采集电子秤测试数据的采样率是5 次/秒，既采样率引起的测量误差为±6.65533 kg/ (60 ×5) =0.02218 kg，为均匀分布，取包含因子k =，在名义值处，由采样率引入的标准不确定度

3.3 测量重复性引入的标准不确定度u3

在400 L/h 点测量6 次，电子秤得到测量列为6.593，6.590，6.591，6.592，6.590，6.593 kg。重复性分量已包含人员读数引入的不确定度分量。

上述各分量独立不相关，则合成标准不确定度uc

取置信水平p=95%，k=2

相对扩展不确定度Urel=2uc=0.39% (k=2)

JJG257 －2007 《浮子流量计检定规程》规定的浮子流量计等级为1.0 级至5.0 级，用作检定标准的扩展不确定度应优于被检流量计最大允许误差的1/2。通过对40 ～400 L/h 转子流量计测量结果的不确定度分析，验证了液体小流量检定仪可以开展流量小于10 L/min，1.0 级以下的液体浮子流量计的检定。