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新聞詳情
如何獲得油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)密度的方法討論方法摘要： 測量介質(zhì)密度是油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置使用中的一個重要參數(shù)，影響體積與質(zhì)量之間的單位換算。所以，密度測量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到整個裝置的測量準(zhǔn)確性?？紤]到油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)的循環(huán)使用，以及溫度的實(shí)時測量等特性，采用測得介質(zhì)密度－溫度關(guān)系曲線的方式，通過測量介質(zhì)溫度來快速獲得密度值。本文以變壓器油為例，討論如何準(zhǔn)確快速測得溫度－密度關(guān)系曲線，從而提高油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確性。 0引言 此試驗(yàn)為中國計(jì)量科學(xué)研究院油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置項(xiàng)目配套試驗(yàn)之一，通過測定介質(zhì)的溫度－密度關(guān)系曲線，進(jìn)行體積與質(zhì)量的換算，來研究不同檢測方法之間的區(qū)別。 依據(jù)阿基米徳定律，當(dāng)被密度計(jì)所排開的液體的重量等于密度計(jì)本身的重量時，即密度計(jì)受到的浮力與重力相等時，密度計(jì)漂浮于石油產(chǎn)品中，處于平衡狀態(tài)。當(dāng)溫度達(dá)到平衡后，讀取密度計(jì)讀數(shù)和試樣溫度。用石油計(jì)量表把觀察到的密度計(jì)讀數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)密度。 本試驗(yàn)?zāi)康氖菧y定介質(zhì)的溫度－密度關(guān)系曲線，需要測多組數(shù)據(jù)來進(jìn)行線性擬合。因此，最好的方法是控制溫度的變化進(jìn)行連續(xù)測量，通過持續(xù)升溫或降溫的方式，同時讀取密度計(jì)和溫度計(jì)示值，獲得盡可能多的測量結(jié)果，使得擬合曲線更接近于真實(shí)值。 1試驗(yàn)裝置和方法 在多次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，溫度測量的準(zhǔn)確性對結(jié)果影響很大。一般使用中都是采用手持溫度計(jì)進(jìn)行測量，待溫度穩(wěn)定后讀數(shù)，并不適用于持續(xù)降溫的情況。因此需要將一體化溫度計(jì)與密度計(jì)始終接觸介質(zhì)，據(jù)此設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置如圖1～圖3所示。  裝置示意圖及實(shí)物圖中:溫度計(jì)A為主要測量溫度計(jì)，溫度計(jì)B為備用溫度計(jì)，用于判斷溫度分布情況;C為一等標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì);D為紙板，上有一大兩小共三個開孔，用于固定溫度計(jì)，且使密度計(jì)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(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，分別設(shè)計(jì)了以下兩種試驗(yàn)方案: 1)有水浴方案。先用熱水浴對介質(zhì)進(jìn)行加溫，再連同水浴裝置放入20℃恒溫室內(nèi)降溫，利用恒溫室逐漸降低水浴的溫度，間接降低介質(zhì)的溫度。實(shí)時讀取密度計(jì)和溫度計(jì)的讀數(shù)并記錄，以此方案讀數(shù)為參考值。 2)無水浴方案。先用熱水浴對介質(zhì)進(jìn)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(jì)A的感溫泡處于密度計(jì)軀體的中間位置，實(shí)時讀取密度計(jì)和一體化溫度計(jì)的讀數(shù)并記錄。 2試驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1～表3和圖4～圖5所示。兩種方案實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)在兩端點(diǎn)上，在23～38℃范圍內(nèi)，比較兩種方案在同一溫度下的差值E，分析誤差結(jié)果如下: 3數(shù)據(jù)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(jié)果，23～38℃范圍內(nèi)最大誤差0.023kg/m3。試驗(yàn)結(jié)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(yuǎn)小于密度計(jì)的擴(kuò)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(xù)降溫過程具有很好的穩(wěn)定性，介質(zhì)沒有出現(xiàn)對流等現(xiàn)象。 另外，從溫度分布看，有水浴的狀態(tài)下溫度計(jì)A與溫度計(jì)B溫差在0.1℃以內(nèi)。而無水浴的時候溫度相差較大，溫度計(jì)B比溫度計(jì)A的示值低，最大能達(dá)到1.6℃。說明“有水浴”跟“無水浴”的降溫方式還是有所區(qū)別的。  式中:f(h)為量筒內(nèi)密度分布公式;ht為密度計(jì)軀體上端至液面距離;hd為密度計(jì)軀體下端至液面距離;ρ為ht至hd距離內(nèi)的平均密度。 當(dāng)密度分布不均勻的時候，密度計(jì)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(jì)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(jì)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(jié)和建議 由于介質(zhì)是現(xiàn)場采樣，采用文獻(xiàn)值進(jìn)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(jié)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(diǎn)數(shù)也更多更均勻。這種方法對試驗(yàn)人員的要求比較高，不僅要讀數(shù)準(zhǔn)確迅速，還要連續(xù)測量近3個小時。測量過程中，要注意密度計(jì)不接觸量筒壁和溫度計(jì)，保持一體化溫度計(jì)的感溫泡處于密度計(jì)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(jìn)行密度采樣就能快速進(jìn)行體積和質(zhì)量之間的換算。無水浴降溫、密度計(jì)溫度計(jì)連續(xù)同時測量的方法，具有測點(diǎn)多、工作量小，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。適用于常溫條件下，密度－溫度變化呈線性關(guān)系的介質(zhì)。無水浴降溫法的不確定度、測點(diǎn)數(shù)影響、擴(kuò)大使用溫度范圍、適用介質(zhì)等還需要進(jìn)一步的研究。介質(zhì)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(jìn)行佐證。 ?
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