20L三等金屬量器的容量比較法檢定

陶　梅　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

根據(jù)JJG 2024—1989《容量計(jì)量器具檢定系統(tǒng)》和JJG 259—2005《標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定規(guī)程》，三等金屬量器由二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器(擴(kuò)展不確定度為0.25×10-3)按容量比較法檢定。容量比較法是利用標(biāo)準(zhǔn)容積來(lái)對(duì)比其他容積的一種直接計(jì)量方法，它的特點(diǎn)是操作原理簡(jiǎn)單，但目前大部分計(jì)量檢測(cè)部門(mén)或授權(quán)的計(jì)量檢定站對(duì)三等金屬容量檢定工作幾乎都停留在人工借助自來(lái)水直接檢定，部分實(shí)驗(yàn)室使用了水箱，但并沒(méi)有循環(huán)使用。很顯然，這種檢定系統(tǒng)的現(xiàn)狀非常落后，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下，可靠性差，與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展有很大差距，不適合時(shí)代的發(fā)展。

本文就是在上述背景下提出對(duì)三等金屬量器容量檢定裝置的研究及開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三等金屬量器(或工作量器)標(biāo)稱(chēng)容積、標(biāo)稱(chēng)容積對(duì)應(yīng)的液位刻度值和計(jì)量頸部分度值進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢定。

1　測(cè)量原理

三等金屬量器容量檢定裝置(容量比較法)作為三等金屬量器量值溯源的二等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)裝置，標(biāo)準(zhǔn)器的核心部件是“二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組”。

20L三等金屬量器容量比較法檢定時(shí)，首先將20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器臺(tái)位升起，打開(kāi)電磁閥，打開(kāi)水泵，注水至計(jì)量頸部位置，放置一定時(shí)間后，開(kāi)啟下水電磁閥，以最大流速排水至被檢20L工作量器內(nèi)，2min后關(guān)閉閥門(mén)；一定時(shí)間后，打開(kāi)20L工作量器放水閥門(mén)，排水至空2min后關(guān)閉閥門(mén)，待檢；再次重復(fù)上述步驟，向20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器內(nèi)注水至標(biāo)稱(chēng)容積VB，并測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)溫度t；將20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器內(nèi)的介質(zhì)排出至20L工作量器，排空后關(guān)閉閥門(mén)，讀取液位刻度值，測(cè)量溫度t；針對(duì)20L工作量器，進(jìn)行計(jì)量頸部分度值檢定；修正計(jì)算后得出20L工作量器標(biāo)稱(chēng)容積對(duì)應(yīng)的液位刻度值，根據(jù)規(guī)程要求給出檢定結(jié)果和結(jié)論。三等金屬量器容量比較法檢定裝置的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　三等金屬量器容量比較法檢定裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

2　實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1　測(cè)量設(shè)備

1)20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器

采用20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器，其擴(kuò)展不確定度為0.025%(k=2)，主體材料為不銹鋼。

2)溫度計(jì)

一體化溫度變送器兩支，在線測(cè)量水溫及環(huán)境溫度，測(cè)量范圍0～100℃，分度值為0.1℃。

3)容量瓶

選擇50mL單刻線容量瓶2支(為消耗易碎品，一支備用)，吸管一支。

4)循環(huán)水箱

0.75m3標(biāo)稱(chēng)容量值，采用無(wú)循環(huán)和循環(huán)隔離式兩部分合成水箱，外協(xié)機(jī)械加工完成，主要為被檢金屬量器注入介質(zhì)使用，無(wú)循環(huán)水箱部分主要用來(lái)對(duì)計(jì)量頸部分度值的檢定，要無(wú)污染。

5)自吸泵

主要用于對(duì)水箱的介質(zhì)水排入被檢金屬量器，配合管路分流使用，要求最大升程為5m，最大吸程為1m，非專(zhuān)用型，直徑D32型，交流220V供電。

6)主工作臺(tái)及管路系統(tǒng)

主工作臺(tái)主要用于被檢金屬量器的定位功能。管路系統(tǒng)用于介質(zhì)注入和分流，以及介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)，不銹鋼材質(zhì)。

2.2　金屬量器的分度容積檢定

考慮到頸部分度值的重要性，以及檢定容量很小，根據(jù)標(biāo)尺總長(zhǎng)注入金屬量器檢定介質(zhì)的要求，20L工作量器頸部分度檢定一般注入介質(zhì)容量為50mL，本次檢定不采用容量衡量法，而是繼續(xù)采用容積比較法。

1)20L工作量器經(jīng)外觀檢查、密封性檢驗(yàn)、排氣與排液能力檢驗(yàn)、材質(zhì)與壁厚檢驗(yàn)后調(diào)水平，注入檢定介質(zhì)水至Ha刻線位置，一般建議取整數(shù)。

2)選擇50mL單刻線容量瓶，注水至刻線位置，液體容量V為標(biāo)稱(chēng)容積值50mL。

3)將容量瓶?jī)?nèi)的介質(zhì)水注入被檢金屬量器計(jì)算頸中，液位升高至刻度Hb處，讀取該刻線值，由式(1)計(jì)算得到計(jì)量頸分度容積Vf：

(1)

2.3　金屬量器的容積檢定

1)選用水箱循環(huán)自來(lái)水作為測(cè)量介質(zhì)。

2)將20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器置于升降工作臺(tái)升起臺(tái)面，20L被檢工作量器放置于升降工作臺(tái)落下臺(tái)面，二者用軟管連接。

3)潤(rùn)罐操作完成后將檢定介質(zhì)循環(huán)水注入20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器標(biāo)稱(chēng)容量刻線位置，測(cè)量并記錄其介質(zhì)溫度t1。

4)將標(biāo)準(zhǔn)金屬量器內(nèi)的介質(zhì)按規(guī)程要求注入被檢工作量器內(nèi)，記錄液位值h和介質(zhì)溫度值t2。

3　數(shù)據(jù)處理

20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器體脹系數(shù)為β1，℃-1，20L被檢工作量器體脹系數(shù)為β2，℃-1，水的體脹系數(shù)為βw，℃-1，20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器中水的溫度t1，℃，20L被檢工作量器中水的溫度t2，℃，20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器20℃時(shí)的容積值為VB，L，則20L被檢工作量器液位為h的20℃的容積值為：

V20=VB[1+β1(t1-20)+β2(20-t2)+βw(t2-t1)]

(2)

計(jì)量頸分度容積值Vf，mL/mm，被檢定工作量器V20液位刻度值為h，mm，要求計(jì)算的標(biāo)稱(chēng)容積值取20L，則標(biāo)稱(chēng)容積20L對(duì)應(yīng)的液位刻度值為：

(3)

4　測(cè)量結(jié)果的不確定度分析

測(cè)量依據(jù)JJG 259—2005《標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定規(guī)程》，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(20±10)℃，檢定中實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度與水溫之差不超過(guò)±5℃，檢定介質(zhì)采用循環(huán)自來(lái)水；測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為二等標(biāo)準(zhǔn)量器組，測(cè)量范圍1～1 000L，最大允許誤差±2.5×10-4。各輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見(jiàn)表1。

表1　標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

被檢三等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器20℃標(biāo)稱(chēng)容積20L對(duì)應(yīng)零點(diǎn)位置65.06mm，其容量測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度Ur=3.2×10-4，k=2。

5　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，20L三等金屬量器容量比較法檢定方法操作簡(jiǎn)單快捷，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度能夠得到保證，滿(mǎn)足日常檢定要求。同時(shí)，結(jié)合自動(dòng)控制系統(tǒng)和液位連通器原理，能夠很好地定位注入介質(zhì)的準(zhǔn)確性，減少人為對(duì)標(biāo)稱(chēng)容積液位刻度的關(guān)注程度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

批量檢定時(shí)，只需將升降工作平臺(tái)的升起盤(pán)和落地盤(pán)互換，以前一次被檢工作量器為標(biāo)準(zhǔn)器，將落地盤(pán)臺(tái)位上二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器置換為另一臺(tái)被檢工作量器。重復(fù)上述步驟，即可完成另一臺(tái)工作量器容積檢定，提高了檢定的效率和可操控性。

[1]JJG 259—2005.標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量檢定規(guī)程[S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2005

[2]吳榕輝.稱(chēng)重法測(cè)定金屬量器的容量[J].廣州化工,2005,33(3):54-55

[3]周旭.電子天平在玻璃量器檢定中的應(yīng)用[J].中國(guó)計(jì)量,2007(5):72-73

[4]鐘英飛.提高常用標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定效率的注液控制電路[J].中國(guó)計(jì)量,2011(3):112-113

[5]王榮杰,王江兵,馬衛(wèi)國(guó),等.一種新型金屬量器的標(biāo)定[J].工業(yè)計(jì)量，200515(2):26-27

[6]廉育英,劉子勇,張世文,等.國(guó)家一等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，1993,14(2):87-93

[7]陳風(fēng)華,吳明清,龔中字.稱(chēng)重法中的浮力修正及應(yīng)用[J].中國(guó)計(jì)量，2012(10):108-109

[8]王健.基于VB的電子秤通信實(shí)例[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2012 (22):105-107