流量測量裝置|液體流量標準裝置介質密度測量方
摘要: 無論是質量法液體流量標準裝置傳遞體積量流量計還是容積法液體流量標準裝置傳遞質量流量計，均存在介質密度的測量問題，特別對于高準確度流量計介質密度的測量準確度對其計量性能的判定起到關鍵作用，文章就介質密度不同測量方法進行描述，并對不同方法進行分析比較，使用者可以選擇適合本裝置使用，并保證介質密度測量結果準確可靠的測量方法。研發出了一種全自動介質密度的測量方法和裝置，該方法測量準確度高，數據穩定、可靠，在本所油流量標準裝置上進行試驗，得到了滿意的結果。
0、引言：
得益于稱量傳感器技術和電子電路技術的不斷發展，高準確度電子秤數據的穩定可靠已得到驗證，從而使得以高準確度電子秤作為主標準器的質量法液體流量標準裝置測量準確度不斷提高，整套裝置的不確定度優于 0. 05% ( k = 2) 已不是難題，但在傳遞各種體積量流量計時必然存在質量到體積的換算，同樣容積法液體流量標準裝置在傳遞質量流量計時也存在體積到質量的換算，這兩類液體流量標準裝置進行傳遞流量計涉及到一個關鍵問題，就是介質密度的準確測量。
對于高準確度流量計，介質密度測量準確度的高低直接關系到流量計測量結果的好壞，我們在使用液體流量標準裝置傳遞流量計過程中涉及到的介質密度測量主要有 3 種: ①在線測量密度。②離線測量密度。③根據溫度查表法得到密度。
對于高準確度流量計，介質密度測量準確度的高低直接關系到流量計測量結果的好壞，我們在使用液體流量標準裝置傳遞流量計過程中涉及到的介質密度測量主要有 3 種: ①在線測量密度。②離線測量密度。③根據溫度查表法得到密度。
下面就各種介質密度測量方法進行分析。
1、在線測量密度
1. 1、管道式在線密度計直接測量：
這種方法是使用得***多且***直接的方法，一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 3 000 kg / m3 ; 溫度范圍: － 50 ～ 150 ℃ ; ***大壓力: 25 MPa; 準確度: 0. 1 kg / m3 。這類密度計生產的公司較多，有美國 Calibron公司、Barton 公司、千德樂石油工業公司、英國Solartron 公司、Sarasota 公司以及日本 Oval 公司
等。
1. 2、使用質量流量計測量密度：
一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 5 000 kg / m3 ;溫度范圍: － 100 ～ 200 ℃ ; ***大壓力: 10 MPa;準確度: 0. 2 kg / m3 。這類密度計生產的公司較多，有美國 EMEＲ-SON 公司、瑞士 E + H 公司、德國 KＲOHNE 公司以及日本 YOKOGAWA 公司等。
1. 3、其他類型的在線密度測量方法：
如超聲波式、差壓式、振動式和投入式等，一般這種方法密度測量范圍: 0 ～ 3 000 kg / m3 ; 溫度范圍: － 50 ～ 200 ℃ ; ***大壓力: 10 MPa; 準確度: 1. 0 kg / m3 。
2、離線測量密度：
2. 1、使用標準玻璃浮計進行測量密度：
這種方法是使用的***多的方法，價格低廉，測量方便，一等標準密度計組測量范圍: 650 ～
| 3 | 根據溫度查密度表 | 計和密度計，實際測量出實際使用介質不同溫度 | |||||||||||||||||
| 下的密度值，得出一張密度表，密度表的溫度間 | |||||||||||||||||||
| 3. 1 | 根據查純水的密度表 | 隔根據實際使用對準確度的要求確定，也可以采 | |||||||||||||||||
| 采用國際溫標 ( ITS—90 ) ，在溫度0 | ～ 40 ℃ | 用一組密度與溫度的關系公式來表達。 | |||||||||||||||||
| 范圍內，每隔 0. 1 ℃ 有一個密度值，直接查表 | |||||||||||||||||||
| 得到。 | 4 各方法之間的對比 | ||||||||||||||||||
| 3. 2 | 取實際使用的介質做出密度和溫度關系表 | 從表 1 | 中可以看出，這 3 種方法各有優缺點， | ||||||||||||||||
| 對于循環使用的介質，我們用高準確度的溫度 | 我們可以根據實際需要選擇不同的測量方法。 | ||||||||||||||||||
| 表 1 | 介質密度測量方法對比表 | |||||||||||||||||||||
| 序 | 方法名稱 | 測量范圍 / | 準確度 / | 量值溯源依據 | 成本 | 特點 | ||||||||||||||||
| 號 | ( kg / m3 ) | ( | kg / m3 ) | |||||||||||||||||||
| JJG 370—2007 | 適用于大宗物料的貿易交接，與體 | |||||||||||||||||||||
| 管道式在線密度 | 積流量計配合使用，進行質量流量的 | |||||||||||||||||||||
| 0 ～ 3 000 | 0. 1 | 《在線振動管液體 | 高 | |||||||||||||||||||
| 計直接測量 | 連續測量，能實時反應介質密度的變 | |||||||||||||||||||||
| 密度計》 | ||||||||||||||||||||||
| 化情況 | ||||||||||||||||||||||
| 1 | 在線測 | 使用質量流量計 | JJG 370—2007 | 適用于大宗物料的貿易交接，得到 | ||||||||||||||||||
| 量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 0 ～ 5 000 | 0. 2 | 《在線振動管液體 | 高 | 密度參數用于分析和處理，能實時反 | ||||||||||||||||||
| 測量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 密度計》 | 應介質密度的變化情況 | |||||||||||||||||||||
| 其他類型的在線 | 參照 JJG 370— | 用于密度參數的獲得，用于分析和 | ||||||||||||||||||||
| 0 ～ 3 000 | 1. 0 | 2007 《在線振動 | 較高 | 處理，能實時反應介質密度的變化 | ||||||||||||||||||
| 密度測量方法得到 | ||||||||||||||||||||||
| 管液體密度計》 | 情況 | |||||||||||||||||||||
| 一等 | 0. 2 | 采樣對介質進行溫度和密度同時測 | ||||||||||||||||||||
| 使用標準玻璃浮 | 650 ～ 1 500 | JJG 86—2001 | ||||||||||||||||||||
| 0. 5 | 低 | 量，密度準確性要求較高，不能實時 | ||||||||||||||||||||
| 計進行測量密度 | 二等 | 《標準玻璃浮計》 | ||||||||||||||||||||
| 離線測 | 0. 05 | 反應介質密度的變化情況 | ||||||||||||||||||||
| 2 | 650 ～ 2 000 | |||||||||||||||||||||
| 量密度 | ||||||||||||||||||||||
| 使用臺式密度計 | JJG 1058—2010 | ||||
| 0 ～ 3 000 | 《實驗室振動式液 | ||||
| 進行測量 | |||||
| 體密度儀》 | |||||
| 根據查純水的密 | 992. 212 ～ | — | 國際溫標 | ||
| 度表得到 | 999. 840 | ( ITS—90) | |||
| 3 | 根據溫度 | ||||
| 查密度表 | 取實際使用的介 | ||||
| 質做出密度和溫度 | — | — | — | ||
| 關系表 |
采樣對介質進行溫度和密度同時測高 量，密度準確性要求非常高，不能實時反應介質密度的變化情況對介質的密度準確度要求不高，能低實時反應介質密度的變化情況較高 ( 主要對介質的密度準確度要求較高，能是工作實時反應介質密度的變化情況量較大)
5、采用的密度測量方法：
我們綜合了各介質密度測量方法的特點，自主設計完成了一套介質密度測量裝置，該裝置不但能實現在線密度測量，同時也能實現離線密度測量，測量準確度非常高，數據可靠、穩定。采用的方法和步驟 ( 1) ～ ( 6) 如圖 1 所示。測量原理: 通過裝置長時間運行，用臺式密度計測量，得到不同溫度下的油品密度值，如有12 ～ 30 ℃ 溫度與密度的對照表保存在計算機處理系統。在實際檢定過程中，我們只要通過高準確度溫度傳感器測量被檢表附近的溫度值，通過查詢對照表就可以得到油品的密度值，實現在線測量的功能，無須再通過用臺式密度計離線測量。實現了根據需要可以自由選擇在線或離線測量方法。由于臺式密度計采樣測量時間在 7 min 左右，如果需要溫控時間更長，在線測量方法大大節約工作時間，此時臺式密度計采樣測量主要用于核查使用。
圖 1 油流量標準裝置介質密度測量示意圖
6、結束語：
本裝置使用的臺式密度計經計量院檢定符合精密級要求 ( 證書號: LSmd 2015—0383 ) ，質量法油流量標準裝置，不確定度 0. 05% ( k = 2)( 證書號: ＲGfk 2016—0009) ，實際使用便捷，既可實時顯示介質密度，也可單獨采樣測量，完全滿足傳遞高準確度體積量流量計的要求。