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新聞詳情
如何獲得油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)密度的方法討論方法摘要： 測(cè)量介質(zhì)密度是油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置使用中的一個(gè)重要參數(shù)，影響體積與質(zhì)量之間的單位換算。所以，密度測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到整個(gè)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性。考慮到油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)的循環(huán)使用，以及溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量等特性，采用測(cè)得介質(zhì)密度－溫度關(guān)系曲線的方式，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)溫度來(lái)快速獲得密度值。本文以變壓器油為例，討論如何準(zhǔn)確快速測(cè)得溫度－密度關(guān)系曲線，從而提高油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性。 0引言 此試驗(yàn)為中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置項(xiàng)目配套試驗(yàn)之一，通過(guò)測(cè)定介質(zhì)的溫度－密度關(guān)系曲線，進(jìn)行體積與質(zhì)量的換算，來(lái)研究不同檢測(cè)方法之間的區(qū)別。 依據(jù)阿基米徳定律，當(dāng)被密度計(jì)所排開(kāi)的液體的重量等于密度計(jì)本身的重量時(shí)，即密度計(jì)受到的浮力與重力相等時(shí)，密度計(jì)漂浮于石油產(chǎn)品中，處于平衡狀態(tài)。當(dāng)溫度達(dá)到平衡后，讀取密度計(jì)讀數(shù)和試樣溫度。用石油計(jì)量表把觀察到的密度計(jì)讀數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)密度。 本試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)定介質(zhì)的溫度－密度關(guān)系曲線，需要測(cè)多組數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行線性擬合。因此，最好的方法是控制溫度的變化進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，通過(guò)持續(xù)升溫或降溫的方式，同時(shí)讀取密度計(jì)和溫度計(jì)示值，獲得盡可能多的測(cè)量結(jié)果，使得擬合曲線更接近于真實(shí)值。 1試驗(yàn)裝置和方法 在多次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)果影響很大。一般使用中都是采用手持溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，待溫度穩(wěn)定后讀數(shù)，并不適用于持續(xù)降溫的情況。因此需要將一體化溫度計(jì)與密度計(jì)始終接觸介質(zhì)，據(jù)此設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置如圖1～圖3所示。  裝置示意圖及實(shí)物圖中:溫度計(jì)A為主要測(cè)量溫度計(jì)，溫度計(jì)B為備用溫度計(jì)，用于判斷溫度分布情況;C為一等標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì);D為紙板，上有一大兩小共三個(gè)開(kāi)孔，用于固定溫度計(jì)，且使密度計(jì)能自由移動(dòng);E為水浴裝置，玻璃容器，通過(guò)手動(dòng)添加熱水。同時(shí)，為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，分別設(shè)計(jì)了以下兩種試驗(yàn)方案: 1)有水浴方案。先用熱水浴對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加溫，再連同水浴裝置放入20℃恒溫室內(nèi)降溫，利用恒溫室逐漸降低水浴的溫度，間接降低介質(zhì)的溫度。實(shí)時(shí)讀取密度計(jì)和溫度計(jì)的讀數(shù)并記錄，以此方案讀數(shù)為參考值。 2)無(wú)水浴方案。先用熱水浴對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加溫，后移除水浴裝置放入20℃恒溫室降溫。測(cè)量過(guò)程中保持溫度計(jì)A的感溫泡處于密度計(jì)軀體的中間位置，實(shí)時(shí)讀取密度計(jì)和一體化溫度計(jì)的讀數(shù)并記錄。 2試驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1～表3和圖4～圖5所示。兩種方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表4所示。      由于擬合曲線是線性的，誤差的最大值只會(huì)出現(xiàn)在兩端點(diǎn)上，在23～38℃范圍內(nèi)，比較兩種方案在同一溫度下的差值E，分析誤差結(jié)果如下: 3數(shù)據(jù)分析 降溫過(guò)程如圖6所示。無(wú)水浴方案降溫過(guò)程垂直方向上溫度對(duì)比如圖7所示。對(duì)比水浴降溫測(cè)量結(jié)果，23～38℃范圍內(nèi)最大誤差0.023kg/m3。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用無(wú)水浴降溫的方法可以和有水浴降溫獲得同樣的效果，兩種方法之間的誤差在0.023kg/m3左右，遠(yuǎn)小于密度計(jì)的擴(kuò)展不確定度0.080kg/m3。 有水浴方案的測(cè)量時(shí)間是無(wú)水浴方案的3倍左右，采用無(wú)水浴的方法能明顯縮短時(shí)間。在初始溫度相同的情況下，持續(xù)降溫過(guò)程具有很好的穩(wěn)定性，介質(zhì)沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)流等現(xiàn)象。 另外，從溫度分布看，有水浴的狀態(tài)下溫度計(jì)A與溫度計(jì)B溫差在0.1℃以?xún)?nèi)。而無(wú)水浴的時(shí)候溫度相差較大，溫度計(jì)B比溫度計(jì)A的示值低，最大能達(dá)到1.6℃。說(shuō)明“有水浴”跟“無(wú)水浴”的降溫方式還是有所區(qū)別的。  式中:f(h)為量筒內(nèi)密度分布公式;ht為密度計(jì)軀體上端至液面距離;hd為密度計(jì)軀體下端至液面距離;ρ為ht至hd距離內(nèi)的平均密度。 當(dāng)密度分布不均勻的時(shí)候，密度計(jì)測(cè)量值顯示的是軀體V上平均密度ρ。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，只有密度計(jì)的位置是上下浮動(dòng)的。密度在垂直方向上有可能呈線性分布，平均密度ρ的位置在密度計(jì)軀體的中間，只要獲得這一位置的溫度T，也就知道了ρ－T變化曲線。 4總結(jié)和建議 由于介質(zhì)是現(xiàn)場(chǎng)采樣，采用文獻(xiàn)值進(jìn)行密度比較也許并不可靠，因此用水浴降溫的方法測(cè)參考值。從結(jié)果上看，無(wú)水浴降溫的方法也能很好的測(cè)得密度－溫度變化曲線，并且時(shí)間更短，測(cè)點(diǎn)數(shù)也更多更均勻。這種方法對(duì)試驗(yàn)人員的要求比較高，不僅要讀數(shù)準(zhǔn)確迅速，還要連續(xù)測(cè)量近3個(gè)小時(shí)。測(cè)量過(guò)程中，要注意密度計(jì)不接觸量筒壁和溫度計(jì)，保持一體化溫度計(jì)的感溫泡處于密度計(jì)軀體的中間位置。 測(cè)定密度－溫度變化曲線以后，可以通過(guò)溫度測(cè)量而不再需要進(jìn)行密度采樣就能快速進(jìn)行體積和質(zhì)量之間的換算。無(wú)水浴降溫、密度計(jì)溫度計(jì)連續(xù)同時(shí)測(cè)量的方法，具有測(cè)點(diǎn)多、工作量小，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。適用于常溫條件下，密度－溫度變化呈線性關(guān)系的介質(zhì)。無(wú)水浴降溫法的不確定度、測(cè)點(diǎn)數(shù)影響、擴(kuò)大使用溫度范圍、適用介質(zhì)等還需要進(jìn)一步的研究。介質(zhì)降溫時(shí)在垂直方向上的密度是否呈線性或近似線性分布也需要其他方法進(jìn)行佐證。 ?
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