20L三等金属量器的容量比较法检定

陶　梅　王顺利　李晓宇

(新疆计量测试研究院，乌鲁木齐 830011)

0　引言

根据JJG 2024—1989《容量计量器具检定系统》和JJG 259—2005《标准金属量器检定规程》，三等金属量器由二等标准金属量器(扩展不确定度为0.25×10-3)按容量比较法检定。容量比较法是利用标准容积来对比其他容积的一种直接计量方法，它的特点是操作原理简单，但目前大部分计量检测部门或授权的计量检定站对三等金属容量检定工作几乎都停留在人工借助自来水直接检定，部分实验室使用了水箱，但并没有循环使用。很显然，这种检定系统的现状非常落后，劳动强度大，效率低下，可靠性差，与现有的计算机及其自动化技术的发展有很大差距，不适合时代的发展。

本文就是在上述背景下提出对三等金属量器容量检定装置的研究及开发，以实现对三等金属量器(或工作量器)标称容积、标称容积对应的液位刻度值和计量颈部分度值进行快速、准确的检定。

1　测量原理

三等金属量器容量检定装置(容量比较法)作为三等金属量器量值溯源的二等检测标准装置，标准器的核心部件是“二等标准金属量器组”。

20L三等金属量器容量比较法检定时，首先将20L二等标准金属量器台位升起，打开电磁阀，打开水泵，注水至计量颈部位置，放置一定时间后，开启下水电磁阀，以最大流速排水至被检20L工作量器内，2min后关闭阀门；一定时间后，打开20L工作量器放水阀门，排水至空2min后关闭阀门，待检；再次重复上述步骤，向20L二等标准金属量器内注水至标称容积VB，并测量容器内介质温度t；将20L二等标准金属量器内的介质排出至20L工作量器，排空后关闭阀门，读取液位刻度值，测量温度t；针对20L工作量器，进行计量颈部分度值检定；修正计算后得出20L工作量器标称容积对应的液位刻度值，根据规程要求给出检定结果和结论。三等金属量器容量比较法检定装置的原理结构如图1所示。

图1　三等金属量器容量比较法检定装置的原理结构图

2　实验过程

2.1　测量设备

1)20L二等标准金属量器

采用20L二等标准金属量器，其扩展不确定度为0.025%(k=2)，主体材料为不锈钢。

2)温度计

一体化温度变送器两支，在线测量水温及环境温度，测量范围0～100℃，分度值为0.1℃。

3)容量瓶

选择50mL单刻线容量瓶2支(为消耗易碎品，一支备用)，吸管一支。

4)循环水箱

0.75m3标称容量值，采用无循环和循环隔离式两部分合成水箱，外协机械加工完成，主要为被检金属量器注入介质使用，无循环水箱部分主要用来对计量颈部分度值的检定，要无污染。

5)自吸泵

主要用于对水箱的介质水排入被检金属量器，配合管路分流使用，要求最大升程为5m，最大吸程为1m，非专用型，直径D32型，交流220V供电。

6)主工作台及管路系统

主工作台主要用于被检金属量器的定位功能。管路系统用于介质注入和分流，以及介质的循环流动，不锈钢材质。

2.2　金属量器的分度容积检定

考虑到颈部分度值的重要性，以及检定容量很小，根据标尺总长注入金属量器检定介质的要求，20L工作量器颈部分度检定一般注入介质容量为50mL，本次检定不采用容量衡量法，而是继续采用容积比较法。

1)20L工作量器经外观检查、密封性检验、排气与排液能力检验、材质与壁厚检验后调水平，注入检定介质水至Ha刻线位置，一般建议取整数。

2)选择50mL单刻线容量瓶，注水至刻线位置，液体容量V为标称容积值50mL。

3)将容量瓶内的介质水注入被检金属量器计算颈中，液位升高至刻度Hb处，读取该刻线值，由式(1)计算得到计量颈分度容积Vf：

(1)

2.3　金属量器的容积检定

1)选用水箱循环自来水作为测量介质。

2)将20L二等标准金属量器置于升降工作台升起台面，20L被检工作量器放置于升降工作台落下台面，二者用软管连接。

3)润罐操作完成后将检定介质循环水注入20L二等标准金属量器标称容量刻线位置，测量并记录其介质温度t1。

4)将标准金属量器内的介质按规程要求注入被检工作量器内，记录液位值h和介质温度值t2。

3　数据处理

20L二等标准金属量器体胀系数为β1，℃-1，20L被检工作量器体胀系数为β2，℃-1，水的体胀系数为βw，℃-1，20L二等标准金属量器中水的温度t1，℃，20L被检工作量器中水的温度t2，℃，20L二等标准金属量器20℃时的容积值为VB，L，则20L被检工作量器液位为h的20℃的容积值为：

V20=VB[1+β1(t1-20)+β2(20-t2)+βw(t2-t1)]

(2)

计量颈分度容积值Vf，mL/mm，被检定工作量器V20液位刻度值为h，mm，要求计算的标称容积值取20L，则标称容积20L对应的液位刻度值为：

(3)

4　测量结果的不确定度分析

测量依据JJG 259—2005《标准金属量器检定规程》，实验室环境温度为(20±10)℃，检定中实验室环境温度与水温之差不超过±5℃，检定介质采用循环自来水；测量标准为二等标准量器组，测量范围1～1 000L，最大允许误差±2.5×10-4。各输入量标准不确定度分量见表1。

表1　标准不确定度分量一览表

被检三等标准金属量器20℃标称容积20L对应零点位置65.06mm，其容量测量结果的扩展不确定度Ur=3.2×10-4，k=2。

5　结论

实验数据证明，20L三等金属量器容量比较法检定方法操作简单快捷，测量结果的准确度能够得到保证，满足日常检定要求。同时，结合自动控制系统和液位连通器原理，能够很好地定位注入介质的准确性，减少人为对标称容积液位刻度的关注程度，降低了劳动强度。

批量检定时，只需将升降工作平台的升起盘和落地盘互换，以前一次被检工作量器为标准器，将落地盘台位上二等标准金属量器置换为另一台被检工作量器。重复上述步骤，即可完成另一台工作量器容积检定，提高了检定的效率和可操控性。

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