利用羅茨流量計(jì)內(nèi)部比對(duì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)裝置期間核查

王順利　李曉宇

(新疆計(jì)量測(cè)試研究院，烏魯木齊 830011)

0　引言

期間核查是實(shí)驗(yàn)室自身對(duì)其測(cè)量設(shè)備或參考標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)、傳遞標(biāo)準(zhǔn)或工作標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(參考物質(zhì))在相鄰兩次檢定(或校準(zhǔn))期間內(nèi)進(jìn)行核查，以保持其檢定(或校準(zhǔn))狀態(tài)的置信度，使測(cè)量過(guò)程處于受控狀態(tài)，確保檢定、校準(zhǔn)結(jié)果的質(zhì)量[1-2]。

氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素很多，且檢定周期較長(zhǎng)，一般為3～5年[3]，期間核查是保證其量值可靠的重要手段。按照技術(shù)規(guī)范建議要求等級(jí)較高的標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)該達(dá)到每月實(shí)施一次核查，而國(guó)內(nèi)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置通常使用流量計(jì)進(jìn)行期間核查，通過(guò)校準(zhǔn)流量計(jì)的計(jì)量特性參數(shù)(如脈沖系數(shù))并記錄其變化量以考察裝置量值的穩(wěn)定性。但一直以來(lái)，氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置期間核查開(kāi)展的并不是很普遍，其主要原因是缺少穩(wěn)定可靠的核查標(biāo)準(zhǔn)，與量塊、砝碼等實(shí)物量具不同，氣體流量計(jì)通常為相對(duì)復(fù)雜的機(jī)電一體化儀表，容易受影響量因素的影響，如溫度、壓力、濕度變化引起的電子器件的漂移和脈沖采集硬件的老化等等，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性難以保證。

比對(duì)是檢查量值統(tǒng)一及可靠的有效手段。由于氣體流量計(jì)的不斷更新發(fā)展，測(cè)量范圍不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室通常建立更新不同種類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)裝置，不同的標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)于量值的傳遞能力一般存在重疊的測(cè)量區(qū)間，利用這個(gè)測(cè)量能力區(qū)間實(shí)施實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部比對(duì)，可有效驗(yàn)證氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的可靠性。

1　核查標(biāo)準(zhǔn)選擇

新疆計(jì)量測(cè)試研究院2套氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理為負(fù)壓法臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1　氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置技術(shù)指標(biāo)

由表1可知，可利用2套標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量范圍存在0.5～2000m3/h流量重疊區(qū)域開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部比對(duì)，選擇的核查標(biāo)準(zhǔn)組件由1臺(tái)DN50的氣體羅茨流量計(jì)及其配套管路和脈沖采集器組成，如圖1所示。

1.溫度變送器；2.壓力變送器；3.后直管段；4.氣體羅茨流量計(jì)；5.前直管段

流量計(jì)為組件核心，選用的高準(zhǔn)確度氣體羅茨流量計(jì)具有重復(fù)性、檢定(或校準(zhǔn))周期內(nèi)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)(重復(fù)性?xún)?yōu)于0.08%)，測(cè)量范圍10～160m3/h，滿(mǎn)足兩臺(tái)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值傳遞范圍。另外，由氣體羅茨流量計(jì)特點(diǎn)可知，其在實(shí)驗(yàn)室參比環(huán)境下，不容易受管內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)變化的影響，對(duì)流速分布不敏感，對(duì)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置前、后直管段的要求不嚴(yán)格，不需要設(shè)置一定長(zhǎng)度的直管段[4-5]，在作為核查標(biāo)準(zhǔn)使用前，按照氣體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程[6]對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)其計(jì)量性能良好。

核查組件前、后直管段內(nèi)徑為50mm，和氣體羅茨流量計(jì)一致，長(zhǎng)度500mm(10D)，前、后直管段可盡量降低安裝對(duì)流量計(jì)造成的影響，前直管段進(jìn)氣口安裝濾網(wǎng)，并作為固定配件在實(shí)驗(yàn)及保存過(guò)程中始終與流量計(jì)保持安裝狀態(tài)。

2　核查方法

2.1　核查流量點(diǎn)的選擇

應(yīng)在2套氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量能力重疊區(qū)域內(nèi)選取流量計(jì)性能最佳的流量點(diǎn)進(jìn)行核查實(shí)驗(yàn)，根據(jù)對(duì)流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，核查流量點(diǎn)選擇50 m3/h和150 m3/h。

2.2　核查實(shí)驗(yàn)

氣體羅茨流量計(jì)核查標(biāo)準(zhǔn)組件依次在標(biāo)準(zhǔn)裝置A和標(biāo)準(zhǔn)裝置B上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)流量計(jì)預(yù)熱6h，70%最大流量運(yùn)行30min，每個(gè)流量點(diǎn)實(shí)驗(yàn)6次，對(duì)氣體羅茨流量計(jì)的儀表系數(shù)K進(jìn)行校準(zhǔn)，具體實(shí)驗(yàn)操作參考?xì)怏w容積式流量計(jì)檢定規(guī)程[6]。

2.3　核查結(jié)果處理方法

核查結(jié)果的判定采用En值的方法，對(duì)于每個(gè)流量點(diǎn)En值可按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：UA和UB分別為裝置A和裝置B校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，2套標(biāo)準(zhǔn)裝置為獨(dú)立計(jì)量系統(tǒng)，因此其相關(guān)性可以忽略；d為2套裝置校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)偏差，計(jì)算方法如式(2)所示：

(2)

式中：KA和KB分別為裝置A和裝置B測(cè)量得到的氣體羅茨流量計(jì)儀表系數(shù)。

判定依據(jù)為：En≤1，滿(mǎn)意，可接受；En>1，不滿(mǎn)意，需要分析問(wèn)題，制定糾正措施，進(jìn)行整改。

3　比對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)例分析

按照上述期間核查方案，在新疆計(jì)量測(cè)試研究院流量一所2套氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　核查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，2套標(biāo)準(zhǔn)裝置具有非常良好的一致性，也驗(yàn)證了這種核查方法的可行性。同理，該方法可作為JJF 1033—2010《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》[7]要求中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)的手段，使用En值做控制圖，En≤1作為質(zhì)量控制目標(biāo)。

新疆計(jì)量測(cè)試研究院在2011至2012年，共完成該組件的核查實(shí)驗(yàn)10次，以150m3/h核查點(diǎn)為例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3、圖4所示。

圖2　裝置A核查結(jié)果

圖3　裝置B核查結(jié)果

圖4　核查結(jié)果控制圖

核查結(jié)果顯示全部En值小于1，表明2套氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的質(zhì)量控制處于較好水平。進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)可知，盡管組件選用氣體流量計(jì)的穩(wěn)定性在流量測(cè)量?jī)x表中已屬于較高水平，但其在上述的系列試驗(yàn)中的變化量仍超過(guò)0.15%，而采用En值的核查方法則基本不受其長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響，采用該方法可以降低購(gòu)置高穩(wěn)定性氣體流量計(jì)產(chǎn)生的高額費(fèi)用及其風(fēng)險(xiǎn)。

在某些特殊情況下，還可利用該方法的核查結(jié)果分析裝置存在的問(wèn)題。

4　結(jié)束語(yǔ)

期間核查是保證氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置可靠性的質(zhì)量體系中重要一環(huán)，裝置的管理者和使用者不僅要定期、持續(xù)地開(kāi)展此項(xiàng)常規(guī)工作，而且要尋找到適合上述裝置特點(diǎn)的核查方法，才能使核查工作更為有效[8]。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部比對(duì)法是利用短期穩(wěn)定性、重復(fù)性好的流量計(jì)作為核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝置間比對(duì)，對(duì)氣體流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性沒(méi)有較高要求；核查標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作；相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室裝置單獨(dú)進(jìn)行核查實(shí)驗(yàn)， 內(nèi)部比對(duì)法沒(méi)有增加實(shí)驗(yàn)量， 核查結(jié)果為

觀察裝置運(yùn)行狀態(tài)提供了多個(gè)角度，并為發(fā)現(xiàn)、分析裝置存在的問(wèn)題提供了較為豐富的信息。

該方法也存在一定的局限性，因?yàn)?套裝置流量重疊區(qū)域相對(duì)較小，不能全面反映量程較大裝置的正常工作能力。對(duì)此問(wèn)題，在核查標(biāo)準(zhǔn)選擇方面可以考慮選擇測(cè)量范圍較大的氣體渦輪流量計(jì)，核查流量點(diǎn)可選擇在1500m3/h左右，盡管儀表系數(shù)的減小可能增大2套裝置測(cè)量結(jié)果的相對(duì)偏差，但可以嘗試努力改進(jìn)。

此外，由于氣體流量計(jì)涉及多個(gè)物理量，裝置組成及工藝流程較為復(fù)雜，對(duì)于高水平的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，使用唯一的一種方法進(jìn)行核查是不夠的，對(duì)于內(nèi)部比對(duì)，若2套裝置的相同影響量出現(xiàn)問(wèn)題，且不易被發(fā)現(xiàn)，從而影響裝置的準(zhǔn)確性。因此，還應(yīng)針對(duì)裝置特點(diǎn)，設(shè)計(jì)其他內(nèi)部比對(duì)方法，以保證流量裝置處于良好、可信的工作狀態(tài)。

[1]JJF 1117—2010計(jì)量比對(duì) [S]

[2]GB/T 27025—2008/ISO/IEC 17025:2005檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求 [S]

[3]JJF 1240—2010臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范[S]

[4]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)綱.流量測(cè)量方法和儀表的選用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2001

[5]蘇彥勛，李金海.流量計(jì)量[M].中國(guó)計(jì)量出版社，1991

[6]JJG 633—2005氣體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程[S]

[7]JJG 1033—2010計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S]

[8]孟濤，王池，唐蕾.利用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部比對(duì)進(jìn)行流量裝置期間核查 [J].計(jì)量技術(shù)，2012(6):65-67