利用罗茨流量计内部比对进行标准装置期间核查

王顺利　李晓宇

(新疆计量测试研究院，乌鲁木齐 830011)

0　引言

期间核查是实验室自身对其测量设备或参考标准、基准、传递标准或工作标准以及标准物质(参考物质)在相邻两次检定(或校准)期间内进行核查，以保持其检定(或校准)状态的置信度，使测量过程处于受控状态，确保检定、校准结果的质量[1-2]。

气体流量标准装置结构复杂，影响计量结果准确性的因素很多，且检定周期较长，一般为3～5年[3]，期间核查是保证其量值可靠的重要手段。按照技术规范建议要求等级较高的标准装置应该达到每月实施一次核查，而国内气体流量标准装置通常使用流量计进行期间核查，通过校准流量计的计量特性参数(如脉冲系数)并记录其变化量以考察装置量值的稳定性。但一直以来，气体流量标准装置期间核查开展的并不是很普遍，其主要原因是缺少稳定可靠的核查标准，与量块、砝码等实物量具不同，气体流量计通常为相对复杂的机电一体化仪表，容易受影响量因素的影响，如温度、压力、湿度变化引起的电子器件的漂移和脉冲采集硬件的老化等等，其长期稳定性难以保证。

比对是检查量值统一及可靠的有效手段。由于气体流量计的不断更新发展，测量范围不断扩大，实验室通常建立更新不同种类的标准装置，不同的标准装置对于量值的传递能力一般存在重叠的测量区间，利用这个测量能力区间实施实验室内部比对，可有效验证气体流量标准装置的可靠性。

1　核查标准选择

新疆计量测试研究院2套气体流量标准装置工作原理为负压法临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置，技术指标如表1所示。

表1　气体流量标准装置技术指标

由表1可知，可利用2套标准装置测量范围存在0.5～2000m3/h流量重叠区域开展实验室内部比对，选择的核查标准组件由1台DN50的气体罗茨流量计及其配套管路和脉冲采集器组成，如图1所示。

1.温度变送器；2.压力变送器；3.后直管段；4.气体罗茨流量计；5.前直管段

流量计为组件核心，选用的高准确度气体罗茨流量计具有重复性、检定(或校准)周期内稳定性好的特点(重复性优于0.08%)，测量范围10～160m3/h，满足两台气体流量标准装置的量值传递范围。另外，由气体罗茨流量计特点可知，其在实验室参比环境下，不容易受管内流场状态变化的影响，对流速分布不敏感，对气体流量标准装置前、后直管段的要求不严格，不需要设置一定长度的直管段[4-5]，在作为核查标准使用前，按照气体容积式流量计检定规程[6]对其进行检测，确认其计量性能良好。

核查组件前、后直管段内径为50mm，和气体罗茨流量计一致，长度500mm(10D)，前、后直管段可尽量降低安装对流量计造成的影响，前直管段进气口安装滤网，并作为固定配件在实验及保存过程中始终与流量计保持安装状态。

2　核查方法

2.1　核查流量点的选择

应在2套气体流量标准装置测量能力重叠区域内选取流量计性能最佳的流量点进行核查实验，根据对流量计的实验结果，核查流量点选择50 m3/h和150 m3/h。

2.2　核查实验

气体罗茨流量计核查标准组件依次在标准装置A和标准装置B上进行实验，分别对流量计预热6h，70%最大流量运行30min，每个流量点实验6次，对气体罗茨流量计的仪表系数K进行校准，具体实验操作参考气体容积式流量计检定规程[6]。

2.3　核查结果处理方法

核查结果的判定采用En值的方法，对于每个流量点En值可按式(1)计算：

(1)

式中：UA和UB分别为装置A和装置B校准结果的相对扩展不确定度，2套标准装置为独立计量系统，因此其相关性可以忽略；d为2套装置校准结果的相对偏差，计算方法如式(2)所示：

(2)

式中：KA和KB分别为装置A和装置B测量得到的气体罗茨流量计仪表系数。

判定依据为：En≤1，满意，可接受；En>1，不满意，需要分析问题，制定纠正措施，进行整改。

3　比对数据实例分析

按照上述期间核查方案，在新疆计量测试研究院流量一所2套气体流量标准装置进行实验，实验结果见表2。

表2　核查实验数据

实验结果证明，2套标准装置具有非常良好的一致性，也验证了这种核查方法的可行性。同理，该方法可作为JJF 1033—2010《计量标准考核规范》[7]要求中有关标准装置长期稳定性检测的手段，使用En值做控制图，En≤1作为质量控制目标。

新疆计量测试研究院在2011至2012年，共完成该组件的核查实验10次，以150m3/h核查点为例，实验结果如图2、图3、图4所示。

图2　装置A核查结果

图3　装置B核查结果

图4　核查结果控制图

核查结果显示全部En值小于1，表明2套气体流量标准装置的质量控制处于较好水平。进一步分析数据可知，尽管组件选用气体流量计的稳定性在流量测量仪表中已属于较高水平，但其在上述的系列试验中的变化量仍超过0.15%，而采用En值的核查方法则基本不受其长期稳定性的影响，采用该方法可以降低购置高稳定性气体流量计产生的高额费用及其风险。

在某些特殊情况下，还可利用该方法的核查结果分析装置存在的问题。

4　结束语

期间核查是保证气体流量标准装置可靠性的质量体系中重要一环，装置的管理者和使用者不仅要定期、持续地开展此项常规工作，而且要寻找到适合上述装置特点的核查方法，才能使核查工作更为有效[8]。

实验室内部比对法是利用短期稳定性、重复性好的流量计作为核查标准进行装置间比对，对气体流量计长期稳定性没有较高要求；核查标准组件结构简单，便于操作；相对于实验室装置单独进行核查实验， 内部比对法没有增加实验量， 核查结果为

观察装置运行状态提供了多个角度，并为发现、分析装置存在的问题提供了较为丰富的信息。

该方法也存在一定的局限性，因为2套装置流量重叠区域相对较小，不能全面反映量程较大装置的正常工作能力。对此问题，在核查标准选择方面可以考虑选择测量范围较大的气体涡轮流量计，核查流量点可选择在1500m3/h左右，尽管仪表系数的减小可能增大2套装置测量结果的相对偏差，但可以尝试努力改进。

此外，由于气体流量计涉及多个物理量，装置组成及工艺流程较为复杂，对于高水平的气体流量标准装置，使用唯一的一种方法进行核查是不够的，对于内部比对，若2套装置的相同影响量出现问题，且不易被发现，从而影响装置的准确性。因此，还应针对装置特点，设计其他内部比对方法，以保证流量装置处于良好、可信的工作状态。

[1]JJF 1117—2010计量比对 [S]

[2]GB/T 27025—2008/ISO/IEC 17025:2005检测和校准实验室能力的通用要求 [S]

[3]JJF 1240—2010临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置校准规范[S]

[4]蔡武昌，孙淮清，纪纲.流量测量方法和仪表的选用[M].化学工业出版社，2001

[5]苏彦勋，李金海.流量计量[M].中国计量出版社，1991

[6]JJG 633—2005气体容积式流量计检定规程[S]

[7]JJG 1033—2010计量标准考核规范[S]

[8]孟涛，王池，唐蕾.利用实验室内部比对进行流量装置期间核查 [J].计量技术，2012(6):65-67