三等金属量器容量衡量法检定装置

陈文琳，王顺利，许德福，穆军

三等金属量器容量衡量法检定装置

陈文琳，王顺利，许德福，穆军

新疆维吾尔自治区计量测试研究院(新疆乌鲁木齐830011)

三等金属量器作为一种常用的容量计量器具，越来越多地应用到地方计量技术机构、石油石化、油库、加油站的油品计量部门及科研和企业生产环节中。通过“容量衡量法”检定系统实现对三等金属量器的检定，此方法具有检定过程简单，操作方便，准确度高，重复性好等优点。

三等金属量器;容量衡量法;浮力修正;电子天平;一等玻璃密度计

容量计量是一项基础性的法治计量工作，它关系到石油化工、贸易、交通、民航等部门的经营管理、产品质量、成本核算等问题[1]。三等金属量器作为一种常用的容积计量器具，其自身性能的好坏和指示值准确与否直接关系到开展量值传递的准确性和经济效益的核算[2]。本文通过“容量衡量法”检定系统实现对三等金属量器的检定，提高装置的自动化程度，减轻劳动强度，降低检定成本，保障计量检定的可靠性、安全性和准确性。

1 理论分析

1.1测量原理

容量衡量法是通过测量量器容纳介质(通常为水)的质量、密度、温度以求其容积的方法[3]。

用机械天平测量介质质量时[4]，先把被测量器(或过度容器)放入天平的一个托盘上(如左盘)，同时在此盘内再放入标准砝码，砝码的质量应等于被测量器的标称容积所对应的介质的质量，在天平另一托盘上放平衡重物，使天平处于平衡状态，通过称量确定天平的平衡位置;从天平托盘(如左盘)上取下标准砝码，将测量介质注入被测量器至标线位置，天平另一托盘上平衡重物不变，再次称重，以确定天平的平衡位置，若天平不能平衡，可以在天平某个托盘内加小砝码使其平衡。根据上述“替代衡量法”测量原理，若三等金属量器的质量为ML，钢材体积为VL，介质的质量为Mw，体积为Vw，密度为ρw，天平室内的空气密度为ρa，介质的表观质量为M(由标准砝码质量、补加小砝码质量和天平平衡位置计算，砝码的体积为VM，标准砝码材料密度为ρB)，平衡重物的质量为T、体积为VT，得平衡方程如下[5]:

将式(4)、式(5)带入式(3)得，

其中，Vw就是量器内容纳介质的体积，为t℃时的量器容积，即Vt=Vw。

再将量器t℃时的容积换算到标准温度20℃时的容积:

由式(7)、式(8)可知，测量量器标称容量刻线以下所容纳介质的表观质量M(kg)、介质温度t(℃)以及温度为t℃时的介质密度ρw(g/cm3)，同时测量天平室内的空气密度ρa(g/cm3)，则该量器标称刻线处的20℃时的容量值V20(L)为:

式中:V20为三等金属量器20℃的容积值，L;M为三等金属量器中介质的表观质量，kg;ρw为t℃时的介质密度，g/cm3;ρa为天平室内的空气密度，g/ cm3;ρB为标准砝码材料密度，g/cm3;β为三等金属量器的体胀系数，℃-1;t为三等金属量器检定介质温度，℃。

现在，检测工作中多使用的是电子天平，所以没有标准砝码此项，公式(9)变为:

1.2介质密度测量

本装置检定介质为循环水，须用一等玻璃密度计实测水的密度值，计算公式:

式中:ρ20为密度计在水中的示值，g/cm3;Δρ为密度计的检定修正值，g/cm3;βd为密度计的体胀系数，取值25×10-6/℃;t为水的温度，℃。

1.3颈部分度值测量

根据三等金属量器计量颈粗细和高度，选择相应容量的标准玻璃量器，向被检三等金属量器内注水至Ha刻线位置，将标准玻璃量器中的水注入金属量器计量颈中，读取被检金属量器液位Hb(Ha至Hb的高度应不小于标尺总长的2/3)，由公式计算得出其计量颈分度容积Vf:

这里“选择相应容量”一般为20L选择50mL，50L、100L选择100mL;“标准玻璃量器”一般为单刻线容量瓶并配滴定管，而V指的是标准玻璃量器的容量，mL。

1.4主体容积检定

通过测得的质量与密度的值，计算出被检三等金属量器内的介质容量值为V20，所对应的液位刻度值为h;同时，根据式(12)计算出的Vf计算三等金属量器标准温度20℃下标称容量值VB对应的刻度值[6]:

这里需要注意的是，三等金属量器的介质容量VB值一般是整数，例如，20L、50L、100L，但是如果金属量器长期使用，形变量较大，上一级标准为其量传时，无法量传至整数位的值，或许整数位置小于计量颈的最底端，或许整数值超出计量颈的高顶端，所以三等量器的介质容量VB值可能变成一个非整数的值，但一般首选整数值。

2 标准装置组成

三等金属量器容量检定装置(容量衡量法)作为三等金属量器量值溯源的标准装置，标准器的核心部件是“高精度电子天平”(I级64kg，II级300kg)[7]和“一等玻璃密度计”(0.000 02g/cm3)。

主体硬件主要由6部分组成:①循环隔离水箱:由颈部分度标定水箱和标称容积标定水箱组成;②电子天平主工作台:包括两台不同测量范围的电子天平，用以针对不同容量大小的三等金属量器容量的测量;③人工读数扶梯:用以读取被检量器刻度值，方便调整高度确保其读数的准确性;④注水管路:主要由自吸泵和分配管路组成，用来完成被检金属量器的润罐和检定、注水，如图1所示;⑤自动控制平台:主要用来控制注水管路电磁阀的开启以及自吸泵的启停工作[8];⑥数据计算及数据处理软件:将上述环节采集的数据输入到系统内，计算机计算完成后，输出原始记录，打印和保存。

3 检定过程的实现

以一台100L三等金属量器为样本，经外观检查、密封性检验、排气与排液能力检验合格后，以水为介质按下述步骤完成检定程序，如图2所示:①将该100L三等金属量器放置于电子天平上，定位并调平，注水至标称容量VB刻线位置附近，记录表观质量值M及对应的液位刻度值h;②测量并记录被检量器内水温t;③测量并记录t℃的水的密度值ρw;④测量并记录实验室空气密度值ρa;⑤测量并根据公式(12)计算出计量颈部分度容积值Vf;⑥根据公式(10)和(13)，计算经过温度和浮力修正的被检量器V20值(100L)及对应的液位刻度值H(65.10mm)。

4 测量结果不确定度评定

以循环水为测量介质，考虑温度和浮力的影响，被检金属量器刻度h的20℃的容积值为:

该式中，M为水的表观质量，g，L为三等金属量器残留量带来的附加容积值，L。

各输入量标准不确定度分量见表1。

合成标准不确定度为:

用相对标准不确定度表示:

扩展不确定度的评定:取包含因子k=2，得三等金属量器容量测量结果的扩展不确定度为Ur=ucr× 2=2.4×10-4。

测量不确定度的报告与表示:被检三等金属量器20℃标称容积100L对应零点位置65.10mm，其容量测量结果的扩展不确定度Ur=2.4×10-4，k=2。

5 结论

该三等金属量器“容量衡量法”检定装置自运行以来，性能稳定，重复性和稳定性良好，装置不确定度满足各种类型三等金属量器容量检定(校准)工作，准确度及技术指标满足国家检定规程JJG259-2005《标准金属量器》所需要求。通过实验室复检实验证明，在同等检定、校准条件下，该检定装置系列指标能满足社会公用计量标准量值溯源和传递要求，系统能够公平、公正的为社会提供优质的数据检测服务。

[1]刘子勇，郭立功.容量计量研究方向[J].现代测量与实验室管理，2007(6):11-13.

[2]李勇.三等标准金属量器容积的测量不确定度评定[J].计量测试与技术，2006，33(7):35-36.

[3]吴榕辉.称重法测定金属量器的容量[J].广州化工，2005，33 (3):54-55.

[4]JJG 295-2005标准金属量器检定规程[S].

[5]陈风华，吴明清，龚中字.称重法中的浮力修正及应用[J].中国计量，2012(10):108-109.

[6]王荣杰，王江兵，马卫国.一种新型金属量器的标定[J].工业计量，2005，15(2):26-27.

[7]周旭.电子天平在玻璃量器检定中的应用[J].中国计量，2007(5):54-55.

[8]钟英飞.提高常用标准金属量器检定效率的注液控制电路[J].中国计量，2011(3):112-113.

The third-class metal measuring vessel is a kind of common capacity measuring instrument，and it is widely used by local measurement institutions，oil measurement sectors in oil depots and oil stations，research institutions and production enterprises.It is proposed that the calibration of third-class metal measuring vessels will be implemented by“capacity measurement method”.The method is of the characteristics of simple process，easy operation，high accuracy and good repeatability.

third-class metal measuring vessel;capacity measurement method;buoyancy correction;electronic balance;first-class glass hydrometer

萍

2014-11-27

陈文琳(1988-)，女，硕士，主要从事流量、容量方向的研究与检定工作。