用實驗研究的方法 ,討論了用渦輪流量計作為傳遞標準校驗流量標準裝置工作量器的可能性和可行性 ,并進一步提出了用高穩定性流量儀表傳遞其它大容器容積量值的一般方法 . 試驗表明: 只要流量儀表具有足夠好的重復性 ,用它作為傳遞標準校驗容器容積量值是一種非常可行的方法 .

1、問題的提出：
  靜態容積法液體流量標準裝置中工作量器的容積量值一般都是由一等標準量器傳遞的[1 ]. 但規程中有嚴格的條件規定 , ( 1)標準量器的準確度應優于被標定工作量器準確度的1 /2; ( 2)標準量器的容積與工作量器的容積比一般不小于 1∶ 5. 也即不能用太小的標準量器以太多的次數來傳遞容積量值給較大容積的工作量器. 這就造成在很多實際的流量標準裝置中并不能或不適合用標準量器來完成對工作量器的容積量值傳遞. 尤其是目前已有許多大口徑流量標準裝置的工作量器容積達數十甚至數百立方米 ,如我國開封流量測試中心的大型流量標準裝置的工作量器容積達 50、 75和 150m3; 上海光華· 愛而美特帶流量調節的變水頭高位槽流量標準裝置的工作量器 (計量水池 )容積達 500m3. 這樣的大型容器用常規的標準量器來傳遞容積量值已很不適宜. 尤其是 350m3的水塔型工作量器 ,實際上是一種工作在動態容積法方式的流量標準裝置 ,根本就無法用傳統的方法進行容積量值的傳遞.用常規方法傳遞容積量值的另一個困難是流量標準裝置的現場安裝條件 . 由于傳統方法要將標準量器置于被傳遞的工作量器之上 ,當流量標準裝置中工作量器上方沒有足夠的空間時 ,也很難用標準量器來傳遞容積量值給工作量器.我院的靜態容積法水流量標準裝置就屬于這種情況 ,標準裝置建立十多年來還從未對其進行過檢定 ,主要原因是用常規方法傳遞工作量器的容積量值有困難.用高穩定性的流量儀表傳遞容積量值的方法在國內已作了不少研究 .
  開封流量測試中心利用渦輪流量計作為傳遞標準來檢定同級渦輪流量計 ,結果表明與標準容器檢定渦輪流量計沒有顯著性差別 ; 大慶原油大流量計量檢定站利用刮板流量計優異的重復性 (重復性誤差≤ 0. 012% ) ,傳遞容積量值給標準體積管 ,用水作為介質時體積管的準確度達0. 035% ,用原油作介質時體積管的準確度仍達 0. 05%  ; 利用電磁流量計作為傳遞標準 ,傳遞容積量值給動態容積法流量標準裝置的工作量器 ,準確度達 0. 0335%   .
  本文主要討論以渦輪流量計作為傳遞標準 ,將標準容器的容積量值傳遞給我院靜態容積法水流量標準裝置 100L工作量器的方法和結果 ,并進一步推廣到傳遞大容積量值的一般方法.

2、傳遞方法與傳遞用流量計的選擇：
  用流量計傳遞容積量值給工作量器的方法和過程分兩步進行:
  ( 1) 從標準量器將量值傳遞給“傳遞用流量計” ,該“傳遞用流量計”就是傳遞標準 ;
  ( 2) 用“傳遞用流量計”將容積量值傳遞給工作量器 .為了使傳遞工作準確有效 ,傳遞用流量計的選擇非常重要 .它起碼應滿足以下兩個基本條件: ,傳遞標準必須有優異的重復性 .第二 ,傳遞標準必須有足夠高頻率的電信號脈沖輸出.
  眾所周知 ,目前傳遞用流量計的準確度等級通常為 0. 5級 ,***高也不過 0. 2級 ,即其基本誤差限在 ( 2～ 5)× 10- 3量級 ,而所傳遞的工作量器的準確度一般在 10- 4量級.按傳統的概念看 ,用較低精度的流量儀表傳遞量值給較高精度的工作量器是不合邏輯的 ,在檢定規程中也是從不允許的.但實際上流量儀表的基本誤差限是在其測量范圍內的允許誤差 ,其中包含著儀表的非線性誤差 ,即包括各流量點的儀表系數與測量范圍內平均儀表系數之間的差異所引起的誤差 .有些流量儀表的重復性非常好 ,如電磁流量計 ,渦輪流量計和腰輪、刮板等容積式流量計等 ,重復性誤差比基本誤差限要低 1個甚至 2個數量級 ,達 10- 4和 10- 5. 如果讓高穩定性的傳遞用流量計工作在某一固定流量點 (或其附近 ) ,利用其優異的重復性 ,即可滿足傳遞量值給工作量器的條件. 用流量儀表傳遞容積量值的方法正是利用某固定流量點的重復性來實現的.
  有足夠高頻率的電信號脈沖輸出是作為傳遞用流量計的另一基本條件. 無論是傳遞方法中的步還是第二步 ,流量計輸出的信號脈沖都要與換向器 (靜態容積法 )或工作量器液位開關 (動態容積法 )的動作同步計數 ,輸出信號頻率足夠高 ,計數中引起的誤差就越小.如文獻* *電磁流量計的儀表系數達 5600 L- 1多.
  基于上述分析 ,由于 0. 2級的刮板流量計沒有電脈沖輸出; 1. 0級的電磁流量計只有電流輸出 ,且精度較低;我們選用了 0. 5級渦輪流量計作為傳遞用流量計.

3、傳遞試驗與結果傳遞試驗裝置：
  如圖 1所示.圖中傳遞用流量計是 0. 5級的普通液體渦輪流量計 ,流量范圍為 0. 6— 4. 0 m3/h. 傳遞過程的步 ,即從標準量器將量值傳遞給“傳遞用流量計” ,在省技術監督檢測研究院流量實驗室中進行 .用裝置準確度為± 0. 05%的靜態水流量標準裝置對傳遞用流量計進行檢定 ,70% 流量點 ( 2. 8 m3/h)的檢定結果如表 1所示 .

圖 1　等精度傳遞實驗裝置

表 1　 70% 流量點的多次檢定處理結果
  計算處理:儀表系數平均值 K-,K-= (∑ni= 1K i ) /n = 572. 86 L- 1單次測量標準差 S ( Ki )S ( Ki ) = ∑ni= 1( Ki – K-)2/ ( n – 1) = 0. 1134 L- 1平均值實驗標準差 S (K-)S ( K-) =S ( K i )n= 0. 0401 L- 1平均值相對不確定度 u ( K )ru ( K )r = S( K-) /K-= 0. 0070%相對合成不確定度 uc1r 為uc1r =u0k2+ u ( K )2r =0. 051. 962+ 0. 0072= 0. 0265% ( 1)該傳遞用渦輪流量計在 70% 流量點的儀表系數相對擴展不確定度 Urk 為Urk = kuc1r = 0. 053%式中 ,u0 為上一級標準裝置的不確定度.傳遞過程的第二步是將傳遞用渦輪流量計安裝在我院的流量標準裝置上 (如圖 1) ,并讓傳遞用流量計工作在 2. 8 m3/h流量點進行檢定 ,檢定數據和處理結果如表 2所示。

表 2　 各檢定點的檢定結果匯總

 表中 ,* 為相對工作量器 100L刻線對應的脈沖數 ;* * 為工作量器 100L 刻線對應的實際容積值計算處理:工作量器容積平均值 V-V-= (∑ni= 1Vi ) /n = 99. 495 L單次測量標準差 S (Vi )S ( Vi ) = ∑ni= 1( Vi – V-)2/( n – 1) = 0. 013 L平均值實驗標準差 S (V-)S ( V-) =S ( Vi )n= 0. 0041 L平均值相對不確定度 u ( V )ru ( V )r = S ( V-) /V-= 0. 0041%相對合成不確定度 uc2r 為uc2r = u2c1r + u ( V )2r = 0. 02652+ 0. 00412= 0. 0265% ( 2)工作量器的總相對不確定度 Ur V 為Ur V = kuc2r = 2× 0. 0265= 0. 0530%也即 ,流量標準裝置的工作量器 100L刻度的實際容積為 V = 99. 495L,不確定度為0. 0530% .

4、 結果：
  討論
  1、 式 ( 1) 中的 u0 = 0. 05% 已包含了計時器誤差 ,在標準量器將容積量值傳遞給傳遞用流量計時 ,只需計算換向器的系統誤差和隨機誤差以及標準量器的準確度.所以式 ( 1) 的結果是保守的.
  2、 如果選用穩定性更好的流量儀表作傳遞用流量計 ,如高性能電磁流量計 ,其傳遞精度還將進一步提高.
  3、 從容積量值傳遞的結果看 ,工作量器的刻度線所標稱的容積值已偏大 , 100L 刻度處的實際容積只有 99. 5L,如不修正 ,系統誤差已達 0. 5% ,這對流量標準裝置來說是不能允許的. 這和以往的實驗結果流量系數往往偏大也是一致的.
  4、 用高穩定性的流量儀表傳遞容積量值的方法適合于大型容器的量值傳遞 ,例如大型油罐、大型水池、不規則形狀的大型容器等 . 與現用的幾何尺寸法相比 ,勞動強度低 ,人為影響因素少 ,而且所獲得的容積量值準確度可望有較大的提高.
  5、 為了使量值傳遞更加有效 ,傳遞過程中的介質溫度變化 ,安裝條件中直管段長度、來流速度分布等因素都會影響傳遞用流量計的儀表系數.所以 ,傳遞過程中一般應該將傳遞用流量計及其前后直管段 (有整流器的帶上整流器 )安裝在一起進行檢定. 計數器等配套儀表也應一起檢定 . 由于條件的限制 ,本文中試驗的步和第二步 ,傳遞用流量計沒帶前后直管段一起檢定 ,從中可能會引起一定誤差.

5、結論：
  用高精度、高穩定度的流量儀表作傳遞工具 ,將標準量器的容積量值傳遞給工作量器 ,可獲得良好的結果 . 而且該方法可以推廣到傳遞不規則形狀大型容器的容積量值 .