摘要：氣體渦輪和腰輪流量計(jì)常作為氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置比對(duì)的傳遞標(biāo)準(zhǔn),但在比對(duì)過(guò)程中的計(jì)量性能變化影響甚至決定了比對(duì)結(jié)果的客觀性與公正性。基于一臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)和一臺(tái)腰輪流量計(jì)在比對(duì)過(guò)程中的8次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從兩臺(tái)流量計(jì)的整體上和單一流量點(diǎn)兩個(gè)角度出發(fā),分析示值誤差、儀表系數(shù)及其復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性的變化規(guī)律。結(jié)果顯示兩臺(tái)流量計(jì)在比對(duì)過(guò)程中均保持了較好的復(fù)現(xiàn)性;前者的穩(wěn)定性較好,而后者的穩(wěn)定性不合格;兩臺(tái)流量計(jì)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均隨著其流量的增大而逐漸提高。由此說(shuō)明，氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置比對(duì)工作中優(yōu)先選擇穩(wěn)定性較好的流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn),且盡可能選擇大的流量點(diǎn),有利于減小其復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,更好地反映標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量能力。
0引言
在氣體流量計(jì)量中,氣體渦輪和腰輪流量計(jì)均為比較成熟的儀表,具有精度高、重復(fù)性好、量程比寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在石油化工工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。同時(shí),在全國(guó)省級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)之間和省市范圍內(nèi),這兩種流量計(jì)也多次被作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)用于氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)工作。
但是,比對(duì)過(guò)程中,這兩種流量計(jì)的計(jì)量性能變化情況以及這一變化對(duì)比對(duì)數(shù)據(jù)的影響程度等問(wèn)題都沒(méi)有一個(gè)定量甚至定性的結(jié)論。分析和研究這些問(wèn)題,有利于對(duì)比對(duì)數(shù)據(jù)更加客觀的評(píng)價(jià)和處理,提高比對(duì)結(jié)果的公平性和公正性。同時(shí),進(jìn)一步分析其變化規(guī)律，有利于指導(dǎo)比對(duì)工作中對(duì)流量計(jì)和流量點(diǎn)的選擇,以減小流量計(jì)本身對(duì)比對(duì)數(shù)據(jù)的影響程度,使得比對(duì)結(jié)果能夠更好地反映標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量能力。
2013年9月,新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院承擔(dān)并主導(dǎo)了全疆范圍內(nèi)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)工作。本文基于本次比對(duì)工作中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和研究?jī)膳_(tái)傳遞標(biāo)準(zhǔn)一氣體渦輪流量計(jì)和氣體腰輪流量計(jì)的計(jì)量性能變化情況,以期為探討和解決上述問(wèn)題提供參考。
1比對(duì)概述
主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室為新疆計(jì)量測(cè)試研究院，參比實(shí)驗(yàn)室為全疆范圍內(nèi)其他七個(gè)授權(quán)的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)。.所有實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)裝置均為臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,測(cè)量范圍均滿足比對(duì)的流量點(diǎn)要求。傳遞標(biāo)準(zhǔn)為--臺(tái)渦輪流量計(jì)和一臺(tái)腰輪流量計(jì),均采用脈沖輸出的方法，測(cè)量設(shè)定流量點(diǎn)的儀表系數(shù)。傳遞標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)見表1。
為了保證傳遞標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量性能穩(wěn)定性,采用星形式傳遞方法,比對(duì)過(guò)程中主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室完成對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)的8次試驗(yàn)。每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)實(shí)驗(yàn)6次,取算術(shù)平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比對(duì)過(guò)程中人員全程監(jiān)督,傳遞標(biāo)準(zhǔn)在比對(duì)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)碰撞、跌落、電擊、堵塞等意外情況，保證了傳遞標(biāo)準(zhǔn)的完好性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。
本文基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和研究氣體渦輪和腰輪流量計(jì)的計(jì)量性能變化,從流量計(jì)整體情況、單個(gè)流量點(diǎn)情況兩個(gè)角度出發(fā),分析其示值誤差、儀表系數(shù)、復(fù)現(xiàn)性穩(wěn)定性等方面的內(nèi)容,同時(shí)對(duì)比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以驗(yàn)證分析結(jié)論。
復(fù)現(xiàn)性定義為同一流量計(jì)在相同的標(biāo)準(zhǔn)裝置、不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下得到測(cè)量結(jié)果的一致程度,采用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示[5-6]。衡量標(biāo)準(zhǔn)為流量計(jì)最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。計(jì)算公式為:
式中:sR為儀表系數(shù)或示值誤差的復(fù)現(xiàn)性;n為試驗(yàn)次數(shù),n=8;`x為8次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值,下同。
穩(wěn)定性定義為同-一流量計(jì)在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)裝置、不同實(shí)驗(yàn)條件下,多次測(cè)量結(jié)果的變化幅度,衡量標(biāo)準(zhǔn)為流量計(jì)的最大允許誤差。計(jì)算公式為:
式中:xmax、xmin分別為本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中儀表系數(shù)或示值誤差的最大值、最小值。
2流量計(jì)整體計(jì)量性能分析
試驗(yàn)得到的兩個(gè)流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差以及它們的平均值、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性如表2所示。
2.1示值誤差
氣體渦輪流量計(jì)最大示值誤差為0.28%，氣體腰輪流量計(jì)最大示值誤差為0.31%,均小于其最大允許誤差1%,滿足合格要求。由此說(shuō)明,氣體渦輪和腰輪流量計(jì)的計(jì)量精度比較高，穩(wěn)定性也較好。同時(shí),由于采用脈沖輸出方式,示值誤差也反映了流量計(jì)儀表系數(shù)的線性度,示值誤差較小，說(shuō).明流量計(jì)儀表系數(shù)的線性度也比較好。
2.2復(fù)現(xiàn)性
氣體渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)復(fù)現(xiàn)性為0.12%、示值誤差復(fù)現(xiàn)性為0.06%,小于0.33%,由此說(shuō)明氣體渦輪流量計(jì)在改變了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和環(huán)境條件下,仍然能夠保證儀表系數(shù)和示值誤差的一致性,也證明了常規(guī)的檢定結(jié)果對(duì)正常工作條件下氣體渦輪流量計(jì)的有效性。同樣,從氣體腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差的復(fù)現(xiàn)性數(shù)據(jù)分析,結(jié)論與氣體渦輪流量計(jì)一致。
2.3穩(wěn)定性
氣體渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差的穩(wěn)定性分別為0.41%.0.64%,均小于1%,在合格范圍內(nèi)。氣體腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)穩(wěn)定性為0.81%,示值誤差穩(wěn)定性為1.13%,前者合格,后者不合格。
2.4小結(jié)
從氣體渦輪和腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差整體分析其復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性,可以得出:在多次試驗(yàn)中,兩種流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差均保持了較好的一致性。同時(shí),前者的穩(wěn)定性優(yōu)于后者,后者的示值誤差穩(wěn)定性超過(guò)允許范圍,可能會(huì)對(duì)比對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。
3單個(gè)流量點(diǎn)計(jì)量性能分析
針對(duì)每一個(gè)流量點(diǎn)儀表系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)見表3。
3.1儀表系數(shù)
對(duì)表3中兩臺(tái)流量計(jì)各流量點(diǎn)的儀表系數(shù)轉(zhuǎn)換為折線圖，見圖1和圖2。
從圖1中可以看出,氣體渦輪流量計(jì)三個(gè)流量點(diǎn)儀表系數(shù)的變化趨勢(shì)基本上是一致的。其中，80m3/h流量點(diǎn)的儀表系數(shù)最大，150m3/h和300m3/h兩個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)基本相同。所以,氣體渦輪流量計(jì)在150m3'/h和300m3/h流量點(diǎn)的儀表系數(shù)具有較好的一致性,在比對(duì)實(shí)驗(yàn)中，選擇這兩個(gè)流量點(diǎn)能夠更好地反映出標(biāo)準(zhǔn)裝置在不同流量點(diǎn)的穩(wěn)定性和正確率。
圖2中，氣體腰輪流量計(jì)三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)整體的變化趨勢(shì)相同,第二次試驗(yàn)的儀表系數(shù)整體增大,第三次試驗(yàn)的儀表系數(shù)卻整體下降,而之前和之后的儀表系數(shù)基本保持--致。三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)平均值分別為1413.96m-3、1416.19m-3和1419.20m-3,差值基本相同,說(shuō)明氣體腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)與流量點(diǎn)的線性關(guān)系較好。
同時(shí),從表3中可以看出,氣體渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)隨著流量點(diǎn)的增大而減小，而氣體腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)隨著流量點(diǎn)的增大而增大,這也反映出兩種流量計(jì)不同的計(jì)量特性。
3.2復(fù)現(xiàn)性
氣體渦輪流量計(jì)在80m3/h、150m3/h、300m3/h流量點(diǎn)的儀表系數(shù)復(fù)現(xiàn)性分別為0.17%、0.11%和0.08%,均小于0.33%,屬于合格范疇,且值都比較小;氣體腰輪流量計(jì)三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)復(fù)現(xiàn)性分別為0.30%、0.29%和0.18%，也均小于0.33%，但是值都比較大,其復(fù)現(xiàn)性明顯比氣體渦輪流量計(jì)差。
由此可以分析出,兩臺(tái)流量計(jì)所有流量點(diǎn)的儀表系數(shù)在不同檢定條件下均表現(xiàn)出了較好的一致性,但氣體渦輪流量計(jì)的一致性明顯優(yōu)于氣體腰輪流量計(jì)。同時(shí),兩臺(tái)流量計(jì)均表現(xiàn)出流量點(diǎn)儀表系數(shù)的復(fù)現(xiàn)性隨著流量點(diǎn)的增大而減小的特點(diǎn),也就是說(shuō)在接近其最大流量點(diǎn)處儀表系數(shù)的復(fù)現(xiàn)性最好,儀表系數(shù)的一致性最好。這一特點(diǎn)有利于在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行量值比對(duì)、期間核查、穩(wěn)定性和重復(fù)性考核等工作中更好地選擇流量點(diǎn)，以盡量減小或避免流量計(jì)本身對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量結(jié)果的影響。
3.3穩(wěn)定性
氣體渦輪流量計(jì)從小到大的三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)依次為0.53%、0.32%和0.24%,均處于合格范圍內(nèi);氣體腰輪流量計(jì)從小到大的三個(gè)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)分別為1.06%、1.01%和0.60%，其中前兩個(gè)值均大于1%,不合格,第三個(gè)值雖然合格，但也較大。
這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了氣體渦輪流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持了良好的穩(wěn)定性，儀表系數(shù)的變化對(duì)比對(duì)結(jié)果的影響較小，屬于可以接受范圍;而氣體腰輪流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的穩(wěn)定性較差,儀表系數(shù)出現(xiàn)了較大的偏離,不能客觀反映出標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量性能,在比對(duì)實(shí)驗(yàn)中需要慎重
3.4小結(jié)
從單個(gè)流量點(diǎn)分析兩臺(tái)流量計(jì)的儀表系數(shù),發(fā)現(xiàn)氣體渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)在后兩個(gè)流量點(diǎn)一致性較好,能夠更好地反映出標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性和正確率;而氣體腰輪流量計(jì)的儀表系數(shù)與流量點(diǎn)的線性關(guān)系較好。同時(shí),兩種流量計(jì)的儀表系數(shù)隨著流量點(diǎn)的增大而呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。
氣體渦輪和腰輪流量計(jì)各流量點(diǎn)儀表系數(shù)的復(fù)現(xiàn)性均合格,但前者明顯優(yōu)于后者,且隨著流量點(diǎn)的增大,復(fù)現(xiàn)性逐漸變好。在利用這兩種流量計(jì)考核標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作中,盡可能選擇大的流量點(diǎn)，有利于使測(cè)量結(jié)果反映標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量特性。
氣體渦輪流量計(jì)的穩(wěn)定性均合格,但氣體腰輪流量計(jì)前兩個(gè)流量點(diǎn)儀表系數(shù)的穩(wěn)定性不合格,在比對(duì)實(shí)驗(yàn)中優(yōu)先選擇前者,慎重選擇后者。兩種流量計(jì)儀表系數(shù)的穩(wěn)定性也隨著流量點(diǎn)增大而提高，選擇大流量點(diǎn)有利于減小儀表系數(shù)穩(wěn)定性對(duì)比對(duì)試驗(yàn)的影響。
4結(jié)束語(yǔ)
本文依據(jù)氣體渦輪和腰輪流量計(jì)的8次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從示值誤差、儀表系數(shù)、復(fù)現(xiàn)性、穩(wěn)定性等方面分析了兩臺(tái)流量計(jì)在比對(duì)過(guò)程中的計(jì)量性能變化情況。從整體上分析,兩臺(tái)流量計(jì)的儀表系數(shù)和示值誤差均具有較好的一-致性，但氣體腰輪流量計(jì)的變化幅度較大。從單一流量點(diǎn)分析,氣體渦輪流量計(jì)各流量點(diǎn)儀表系數(shù)均表現(xiàn)出了很高的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性;而氣體腰輪流量計(jì)各流量點(diǎn)儀表系數(shù)的復(fù)現(xiàn)性較好,穩(wěn)定性超過(guò)允許范圍。
氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)是保證區(qū)域范圍量值傳遞一致性和有效性的一項(xiàng)重要內(nèi)容。但由于工作的難度大、周期長(zhǎng)、內(nèi)容復(fù)雜,所以很難保持一定的連續(xù)性和周期性,對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)在比對(duì)過(guò)程中的計(jì)量性能變化研究也不能得到很好的論證。所以，本文的分析和研究結(jié)論也并不能代表兩種類型流量計(jì)的整體計(jì)量性能,需要更加充分的實(shí)驗(yàn)和充足的數(shù)據(jù)才能得出盡可能全面、客觀的結(jié)論,為提升氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)工作提供依據(jù)。
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