流量测量中若干问题的计量学基本原则

2012-08-15陈高峰

科技传播 2012年9期

陈高峰

荥阳市质量技术监督检验测试中心，河南荥阳 450100

流量测量目前被广泛地应用到了生活的各个方面，从贸易到科学研究，从工业生产到国防建设，人们的生活已经离不开流量测量了。随着科学技术的进步以及新材料、新技术的不断应用，核技术、电磁、激光、超声波等被应用到了流量测量领域，使得流量测量逐步趋向于数字化和电子化。在新技术不断被应用的同时，如何提高测量的精度和准确度，也是人们普遍关注的一个问题。

1 流量测量中若干问题

1.1 测量结果的复现性和重复性

首先，测量结果的复现性。复现性指的是在改变测量条件的前提下，测量同一个对象得到的结果具有着一致性。改变测量条件包括测量时间延长，换一个实验室，改变测量器具，使用不同的测量方法，改变仪器的观测者等。流量测量结果必须要有较好的复现性，可以减少测量误差，提高测量的准确度。其次，测量结果的重复性。重复性指的是在保持相同的测量条件的前提下，对同一测量对象进行多次的测量，所得到结果之间具有着一致性。通过多次测量，各个结果之间的误差只是由测量计本身造成的，重复性误差是影响流量计本身准确度的一个重要因素。也就是说，流量计测量结果重复性误差是检查流量计性能的一个重要指标，要提高流量计的精确度和准确性，必须要尽力改善重复性误差。

1.2 校准的精确度

因为在校准时的情形一般难以与实际测量时候的情形一致，所以使用离线校准仪器在实际测量流量的时候为了提高精确度，还要引入附加值测量的误差，常用的一个方法就是计算修正办法。采用测量计在线校准可以得到与校准精确度最为接近的一个测量精确度。例如钟罩式的气体流量计可以得到较高的准确测量度，但它只能够复现低压时的空气流量，这与在实际应用当中流量计用于高压测量是不同的。满足计量学理想的气体流量的标准是体积管，可以采取在线校准的方式，从而能够复现出于实际测量最为接近的校准结果。气体音速喷嘴在实验室的工作状况下，通常采用负压法来进行校准，当校准工作状况、现场温度、工作压力等方面差异比较显著的时候，喷嘴流量差异也就比较大。为了提高测量的准确性和精确度，可以使用正压法来校准气体音速喷嘴，以便能够复现出与实际测量的工作状况更为接近的情形。不过负压法的稳定性较高。

1.3 流体的流动特性与介质特性

流动特性主要指的是流量计的进口处速度分布情况；介质特性主要包括粘性、可压缩性等特性。根据计量学的基本原则，应当尽可能地采取实流介质，或者使用物理特性尽可能相同的介质对仪器来进行校准。简而言之，流量计在测量的时候流动特性与介质特性要与在校准流量计的时候尽可能一致，以减少误差。在实际的测量工作当中，流体的流动特性与介质特性不仅仅影响到了流量计的基本方程当中各物性的参数，还影响到了基本方程本身成立与否，而且流量计工作特性也与流体的流动特性与介质特性有着密切的关系。即使流量计在湍流自模区之内工作，也不要忽视流动特性与介质特性对流量计的影响。因此，相似理论在测量计的校准工作当中的应用，在实际上也有一定的限制条件。例如涡街流量计、电磁流量计、涡轮流量计、管道式的超声波流量计等，它们的测量精度也严重受到了流量计的进口速度分布的影响。

2 关于计量学基本原则的探讨

在实际测量流量的工作当中，我们知道要提高结果的准确性和精确度，一个方面是要保证流量计有较高的精确度，设计出高精确度的测量仪器，不断改进测量仪器的线性度、复现性、重复性等指标。另一方面，通过提高测量仪器的检定条件、可靠性、重复性、准确性等来提高检定准确性。以上两个方面是提高测量结果准确性和精确度基本手段，它的特点是通过提高测量仪器的性能来实现高精度的测量结果。但是，这不并是提高测量结果准确性和精确度的唯一途径，如果对精确度较高测量仪器使用不当的话，测量得到的结果精确度也不一定高。因此，从最基本的仪器使用到复杂的技术措施，都需要计量学基本原则来支持。

通过计量学基本原则的指导，将会有效地发挥测量仪器的精确度，得到精确度较高的测量结果。今年来人们加大了对计量技术的研究力度，得出了很多的研究成果，例如对称测量法、交换测量法、替代测量法、微差测量法、异号测量法等。通过这些方法的理论基础，从中我们可以看出计量学基本原则的一些端倪，通过总结我们可以得出以下两个原则：1）被测量和被测量标准之间的特性要在计量过程当中尽量相同，特性要包括集合特性与物理特性；2）测量仪器检定校准过程要与使用过程尽量相同。由1）可以得出，任何被测量标准与被测量受环境影响尽可能一致，进而减少两者之间的差异带来的误差；由2）可以看出，可以减少两个操作比较过程的差异带来的误差。通过这两个原则，可以很好地指导流量测量工作。

同时，由流量测量中若干问题我们可以知道在测量流量的过程当中，也需要细致操作。流量计检定用流体与使用流体流动特性尽可能相同，流量计检定用流体介质与使用介质特性要尽可能的相同，流量计检定与使用操作过程以及环境影响要尽可能地保持一致，流量计检定与使用流量范围或者流量点要尽可能地保持一致。通过计量学基本原则来指导流量测量的过程，可以实现流量量值等精度传送，进而大大地提高了测量结果的准确性和准确度。