電子秤并聯(lián)使用的水流量標準裝置可行性試驗
對靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置提出電子秤并聯(lián)使用的設(shè)想,通過理論分析和實驗驗證,兩臺電子秤并聯(lián) 使用時換向器的不確定度介于兩個換向器單獨使用的不確定度之間;兩臺電子秤并聯(lián)使用和一臺電子秤單獨使 用對同一流量計同一流量點的儀表系數(shù)進行測量,偏差小于相應(yīng)準確度等級的重復(fù)性。理論分析和實驗結(jié)果表 明,靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置的電子秤并聯(lián)使用可以增加裝置的檢定流量,且不改變裝置的不確定度。
電子秤和換向器是靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝 置的重要組成部分。電子秤是工作標準,根據(jù)在 實測時間間隔內(nèi)稱重容器收集到的通過換向器進 入其中的水在靜止狀態(tài)下的質(zhì)量,從而計算出流 量。換向器用來引導(dǎo)水流流向稱重容器或者流向 旁路而不改變回路中的流量。靜態(tài)質(zhì)量法水流量 標準裝置一般有多臺電子秤,電子秤的最大秤量 決定裝置的最大檢定流量,若無法使用更大秤量 的電子秤時,可以考慮將兩臺電子秤并聯(lián)使用增 加裝置的檢定流量的可行性。
1.電子秤并聯(lián)使用方式
圖1是兩臺電子秤并聯(lián)使用示意圖,即流過 被檢流量計后的水,分成兩路分別進入兩臺電子 秤上的稱重容器,將被檢流量計的輸出與兩個稱 重容器在測量時間內(nèi)收集到的水在靜止狀態(tài)下的 質(zhì)量之和或按密度計算出的體積之和相比較,從 而確定被檢流量計的計量性能。兩臺電子秤并聯(lián)微流量計圖1兩臺電子秤并聯(lián)使用示意圖
使用的關(guān)鍵是兩個換向器同時動作的不確定度能 否滿足整套裝置不確定度的要求。
2.換向器工作原理
圖2是換向器工作過程示意圖。首先,流過 被檢流量計的水流經(jīng)換向器的導(dǎo)流器后進入旁路, 如圖2 (a)位置,待所需流量穩(wěn)定后,操作換向 器,噴嘴開始逆時針轉(zhuǎn)動,經(jīng)過圖2 (b)、(c)、 (d)各位置后,在圖2 (e)位置時停止轉(zhuǎn)動,換 向器將水流引入稱重容器。達到預(yù)定的水量或時 間或脈沖數(shù)后,再次操作換向器,噴嘴從圖2 (e) 位置開始順時針轉(zhuǎn)動,經(jīng)過圖2 (d)、(c)、(b) 各位置后,在圖2 (a)位置時停止轉(zhuǎn)動,換向器 將水流引回旁路,完成一次檢定。
3.換向器的換向時間和不確定度來源
理想換向過程為噴嘴的幾何中心與導(dǎo)流器的 幾何中心共線,即噴嘴轉(zhuǎn)動到圖2 (c)位置時啟 動和停止計時/計數(shù)。圖3是理想換向過程稱重容 器的流量一時間曲線圖。
噴嘴從圖2 (a)位置轉(zhuǎn)動到圖2 (b)位置和 從圖2 (d)位置轉(zhuǎn)動到圖2 (e)位置的過程中, 水流仍然在原通道中流動,為換向器的無效行程, 反之亦然。噴嘴只有從圖2 (b)位置轉(zhuǎn)動到圖 2 (d)位置和從圖2 (d)位置轉(zhuǎn)回到圖2 (b)位 置時才能改變水流方向,為換向器的有效行程。 噴嘴從圖2 (b)位置轉(zhuǎn)動到圖2 (d)位置(對應(yīng)圖3理想換向過程稱重容器的 流量一時間曲線圖
圖3中4^B)所需的時間為換向器的換入時間 t入,噴嘴從圖2 (d)位置轉(zhuǎn)動到圖2 (b)位置 (對應(yīng)圖3中所需的時間為換向器的換出 時間化。
理想換向過程測量時間內(nèi)稱重容器收集到的 水的質(zhì)量m秤為圖3中梯形ABCD的面積,即 m秤=S梯形ABCD,因為在圖2 ( c)位置時啟動(圖3 中E點)和停止(圖3中F點)計時/計數(shù),而 EF和分別是梯形ABCD的中位線和高,即
S梯形=qm ^ t,所以 m^ = qm ^ t。
測量時間內(nèi)流進稱重容器內(nèi)的水的理論值m理為圖3中矩形4B1C1D1的面積,即m理=S^A1B1C1D1,而?A1B1C1D1 = qm ?t,由此可見'理想 換向過程測量時間內(nèi)稱重容器收集到的水的質(zhì)量
m秤一m理。
換向器實際工作時,并不是在圖2 (c)位置 時開始和停止計時/計數(shù)。噴嘴由圖2 (a)向圖 2 (e)轉(zhuǎn)動時,在圖2 (b)位置時開始計時/計 數(shù);噴嘴由圖2 (e)向圖2 (a)轉(zhuǎn)動時,在圖2 (d)位置時停止計時/計數(shù)。實際換向過程稱重容
圖4實際換向過程稱重容器的流量一時間曲線圖
實際換向過程測量時間內(nèi)稱重容器收集到的 水的質(zhì)量為:
此即JJG164一2000《液體流量標準裝置》中換向 器的B類不確定度評定。
GB/T 17613. 1 一1998《用稱重法測量封閉管 道中的液體流量裝置的檢驗程序第1部分:靜 態(tài)稱重系統(tǒng)》中規(guī)定:把換向器從圖2 (a)位置 轉(zhuǎn)到圖2 (e)位置的時間作為換向器的換入時間 t入(對應(yīng)圖5中EW,換向器從圖2 (e)位置 轉(zhuǎn)到圖2 (a)位置的時作為換向器的換出時間
兩臺電子秤并聯(lián)使用時,設(shè)進入兩臺電子秤 的流量分別為h和qm,兩個換向器在相應(yīng)流量下 的換向時間分別為t入1、t出1、t入2、t出2 ,兩個換向 器同時工作的換入時間為t入,換出時間為兩 個換向器同時動作過程稱重容器的流量一時間曲 線如圖6所示。
4試驗數(shù)據(jù)
試驗設(shè)備:某靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置, 電子秤1的最大稱量=6 000 kg,檢定分度值為 1 kg,對應(yīng)換向器1;電子秤2的最大稱量= 1 500 kg,檢定分度值為100 g,對應(yīng)換向器2;
4.1換向器的不確定度
依據(jù)JJG 164—2000《液體流量標準裝置》中 的流量計檢定法對換向器進行檢定,流量計為裝 置上的標準表(DN150電磁流量計),換向次數(shù) m =10,重復(fù)次數(shù)n = 10。
時間差計算公式各變量含義如表1所示,計 算公式為: