陶　梅　王順利　李曉宇

(新疆計量測試研究院，烏魯木齊 830011)

0　引言

根據(jù)JJG 2024—1989《容量計量器具檢定系統(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)容積來對比其他容積的一種直接計量方法，它的特點(diǎn)是操作原理簡單，但目前大部分計量檢測部門或授權(quán)的計量檢定站對三等金屬容量檢定工作幾乎都停留在人工借助自來水直接檢定，部分實(shí)驗(yàn)室使用了水箱，但并沒有循環(huán)使用。很顯然，這種檢定系統(tǒng)的現(xiàn)狀非常落后，勞動強(qiáng)度大，效率低下，可靠性差，與現(xiàn)有的計算機(jī)及其自動化技術(shù)的發(fā)展有很大差距，不適合時代的發(fā)展。

本文就是在上述背景下提出對三等金屬量器容量檢定裝置的研究及開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)對三等金屬量器(或工作量器)標(biāo)稱容積、標(biāo)稱容積對應(yīng)的液位刻度值和計量頸部分度值進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢定。

1　測量原理

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，首先將20L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器臺位升起，打開電磁閥，打開水泵，注水至計量頸部位置，放置一定時間后，開啟下水電磁閥，以最大流速排水至被檢20L工作量器內(nèi)，2min后關(guān)閉閥門；一定時間后，打開20L工作量器放水閥門，排水至空2min后關(guān)閉閥門，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)稱容積VB，并測量容器內(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，讀取液位刻度值，測量溫度t；針對20L工作量器，進(jìn)行計量頸部分度值檢定；修正計算后得出20L工作量器標(biāo)稱容積對應(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)過程

2.1　測量設(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

一體化溫度變送器兩支，在線測量水溫及環(huán)境溫度，測量范圍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)稱容量值，采用無循環(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，無循環(huán)水箱部分主要用來對計量頸部分度值的檢定，要無污染。

5)自吸泵

主要用于對水箱的介質(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，非專用型，直徑D32型，交流220V供電。

6)主工作臺及管路系統(tǒng)

主工作臺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，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)稱容積值50mL。

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

(1)

2.3　金屬量器的容積檢定

1)選用水箱循環(huán)自來水作為測量介質(zhì)。

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

3)潤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)稱容量刻線位置，測量并記錄其介質(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，要求計算的標(biāo)稱容積值取20L，則標(biāo)稱容積20L對應(yīng)的液位刻度值為：

(3)

4　測量結(jié)果的不確定度分析

測量依據(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±5℃，檢定介質(zhì)采用循環(huán)自來水；測量標(biāo)準(zhǔn)為二等標(biāo)準(zhǔn)量器組，測量范圍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)稱容積20L對應(yīng)零點(diǎn)位置65.06mm，其容量測量結(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單快捷，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度能夠得到保證，滿足日常檢定要求。同時，結(jié)合自動控制系統(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，減少人為對標(biāo)稱容積液位刻度的關(guān)注程度，降低了勞動強(qiáng)度。

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

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