快速獲得油流量標準裝置介質密度的方法討論

摘要：介質密度是油流量標準裝置使用中的一個重要參數，影響體積與質量之間的單位換算。所以，密度測量的準確與否直接關系到整個裝置的測量準確性?？紤]到油流量標準裝置介質的循環使用，以及溫度的實時測量等特性，采用測得介質密度－溫度關系曲線的方式，通過測量介質溫度來快速獲得密度值。本文以變壓器油為例，討論如何準確快速測得溫度－密度關系曲線，從而提高油流量標準裝置的測量準確性。

 

0引言

此試驗為中國計量科學研究院油流量標準裝置項目配套試驗之一，通過測定介質的溫度－密度關系曲線，進行體積與質量的換算，來研究不同檢測方法之間的區別。

依據阿基米徳定律，當被密度計所排開的液體的重量等于密度計本身的重量時，即密度計受到的浮力與重力相等時，密度計漂浮于石油產品中，處于平衡狀態。當溫度達到平衡后，讀取密度計讀數和試樣溫度。用石油計量表把觀察到的密度計讀數換算成標準密度。

本試驗目的是測定介質的溫度－密度關系曲線，需要測多組數據來進行線性擬合。因此，最好的方法是控制溫度的變化進行連續測量，通過持續升溫或降溫的方式，同時讀取密度計和溫度計示值，獲得盡可能多的測量結果，使得擬合曲線更接近于真實值。

 

1試驗裝置和方法

在多次試驗中發現，溫度測量的準確性對結果影響很大。一般使用中都是采用手持溫度計進行測量，待溫度穩定后讀數，并不適用于持續降溫的情況。因此需要將一體化溫度計與密度計始終接觸介質，據此設計的試驗裝置如圖1～圖3所示。

裝置示意圖及實物圖中:溫度計A為主要測量溫度計，溫度計B為備用溫度計，用于判斷溫度分布情況;C為一等標準密度計;D為紙板，上有一大兩小共三個開孔，用于固定溫度計，且使密度計能自由移動;E為水浴裝置，玻璃容器，通過手動添加熱水。同時，為驗證試驗結果的可靠性，分別設計了以下兩種試驗方案:

1)有水浴方案。先用熱水浴對介質進行加溫，再連同水浴裝置放入20℃恒溫室內降溫，利用恒溫室逐漸降低水浴的溫度，間接降低介質的溫度。實時讀取密度計和溫度計的讀數并記錄，以此方案讀數為參考值。

2)無水浴方案。先用熱水浴對介質進行加溫，后移除水浴裝置放入20℃恒溫室降溫。測量過程中保持溫度計A的感溫泡處于密度計軀體的中間位置，實時讀取密度計和一體化溫度計的讀數并記錄。

 

2試驗結果

實驗結果如表1～表3和圖4～圖5所示。兩種方案實驗結果對比如表4所示。

由于擬合曲線是線性的，誤差的最大值只會出現在兩端點上，在23～38℃范圍內，比較兩種方案在同一溫度下的差值E，分析誤差結果如下:

 

3數據分析

降溫過程如圖6所示。無水浴方案降溫過程垂直方向上溫度對比如圖7所示。對比水浴降溫測量結果，23～38℃范圍內最大誤差0.023kg/m3。試驗結果表明，采用無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，遠小于密度計的擴展不確定度0.080kg/m3。

有水浴方案的測量時間是無水浴方案的3倍左右，采用無水浴的方法能明顯縮短時間。在初始溫度相同的情況下，持續降溫過程具有很好的穩定性，介質沒有出現對流等現象。

另外，從溫度分布看，有水浴的狀態下溫度計A與溫度計B溫差在0.1℃以內。而無水浴的時候溫度相差較大，溫度計B比溫度計A的示值低，最大能達到1.6℃。說明“有水浴”跟“無水浴”的降溫方式還是有所區別的。

式中:f(h)為量筒內密度分布公式;ht為密度計軀體上端至液面距離;hd為密度計軀體下端至液面距離;ρ為ht至hd距離內的平均密度。

當密度分布不均勻的時候，密度計測量值顯示的是軀體V上平均密度ρ。在整個測量過程中，只有密度計的位置是上下浮動的。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總結和建議

由于介質是現場采樣，采用文獻值進行密度比較也許并不可靠，因此用水浴降溫的方法測參考值。從結果上看，無水浴降溫的方法也能很好的測得密度－溫度變化曲線，并且時間更短，測點數也更多更均勻。這種方法對試驗人員的要求比較高，不僅要讀數準確迅速，還要連續測量近3個小時。測量過程中，要注意密度計不接觸量筒壁和溫度計，保持一體化溫度計的感溫泡處于密度計軀體的中間位置。

測定密度－溫度變化曲線以后，可以通過溫度測量而不再需要進行密度采樣就能快速進行體積和質量之間的換算。無水浴降溫、密度計溫度計連續同時測量的方法，具有測點多、工作量小，重復性好等優點。適用于常溫條件下，密度－溫度變化呈線性關系的介質。無水浴降溫法的不確定度、測點數影響、擴大使用溫度范圍、適用介質等還需要進一步的研究。介質降溫時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行佐證。

 

 

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