摘要:將計量學理論與計量實踐相結合,歸結出了保證計量器具使用精度,用于指導計量過程中計量學基本原則。將該基本原則與流量計量的特點相結合,論證了流量計量中的等精度傳遞理論。在此基礎上針對渦輪流量計現行檢定方法及檢定精度的評定方法,提出了渦輪流量計使用過程中保證和提高其精度的常用方法,對廣大渦輪流量計用戶具有普遍指導意義。
0引言
大量計量實踐證明,對于一臺經過了計量檢定(或校準)性能良好的計量器具,如對其使用不當,也得不到人們期望的使用精度。那么對于一臺已檢定合格，已知檢定精度和儀表常數的渦輪流量計，該如何保證其使用精度等于或者優于其檢定精度呢?本文力圖通過對一個計量過程的解析，尋求保證使用精度等同于檢定精度的一般途徑-計量學基本原則。將該原則與流量計量的特點和誤差理論相聯系，論證了用于提高其使用精度的等精度傳遞理論，提出了渦輪流量計使用過程中保證和提高其使用精度的條件和常用方法。
1計量學基本原則
1.1計量器具在不同形態下的兩種計量精度
計量是保證單位統一和量值準確可靠的測量活動。一個完整的計量過程應包括兩個必備環節:1)計量器具出廠后的計量檢定;2)用檢定合格的計量器具對被測量進行的測量。將上述兩個環節與誤差相聯系后便可得到計量器具在不同形態下兩種概念不同的計量精度:1)計量器具在檢定條件下確認的精度(檢定精度);2)計量器具在實際使用條件下的精度(使用精度)。無疑通常情況下,計量器具的使用精度低于檢定精度,那.么在什么技術條件下,才能保證使用精度等于其檢定精度呢?要對此做出判斷,就需要建立起一定原則,這些原則就叫做計量學基本原則。
1.2計量學基本原則
如何保證計量器具的使用精度,是計量工作者的共同課題。長期以來在計量技術的不同領域人們一直在進行著這項研究。并在計量領域的不同專業，產生了多項成果。例如:幾何量計量中的阿貝原則、最小變形原則、最短測量鏈原則和封閉原則,減少測量過程中恒定系統誤差的異號測量法微差測量法,力學與電學計量中的替代測量法、交換測量法、對稱測量法以及應用更為廣闊的組合測量法等。其實質都是計量學基本原則的特定內容。通過對上述內容進行歸納,可抽象出用于指導計量過程的基本原則:
1)被測量與被測量的標準二者的特性(是指幾何特性與物理特性)應在計量過程中盡量保持相同;
2)計量器具的檢定過程與使用過程應盡可能保持相同。
遵循第1)原則可使任何被測量的標準和被測受環境影響盡可能相一致，從而減小二者之間差異帶來的附加誤差。第2)原則主要用來減小由于二個比較過程不一致帶來的附加誤差。在計量過程中滿足上述原則就可以最大限度地使計量器具的使用精度接近其檢定精度。
1.3等精度傳遞理論
1.3.1計量學基本原則在流量計量中的特定原則
由于流量計量的對象是各種流體,因此流體的流動特性和介質特性是流量計量的固有特性。由計量學基本原則結合流量計量的特點，便可得出流量計量過程的計量學基本原則(特定原則):
1)流量計的檢定與使用時流體的流動特性應盡可能相同;.
2)流量計的檢定與使用時流體的介質特性(指流體的密度、粘度等)應盡可能-致;
3)流量計的檢定與使用時,操作過程及環境影響應盡可能保持相同;
4)流量計的檢定與使用的流量范圍或流量點應盡可能保持一-致。
因為流體的流動特性和介質特性不僅影響流量計基本方程中各個特性參數以及流量方程的整體成立條件,而且流量計的工作特性也與之密切相關。因此第1)、2)原則屬流量計量的特別原則,而第3)、4)原則是計量學基本原則的內容。
1.3.2等精度傳遞理論
等精度傳遞理論的意義是指,只要遵循計量學基本原則在流量計量中的特定原則去指導流量計量過程,那么流量基準或標準所復現的流量單位量值將等精度傳遞給工作流量計，而大大減少量值傳遞中精度損失。下面舉例論證:
在JJG1037-2008《渦輪流量計》檢定規程中規定,其檢定精度由下式確定:
式中:Δ1為流量標準裝置的精度;Δ2為流量計的重復性(檢定點中儀表系數相對誤差的最大值);Δ2;為流量計儀表常數的非線性誤差。
如滿足計量學基本原則在流量計量中的特定原則之要求,并把流量計的檢定流量點作為使用時的流量點，則在滿足上述條件下,式(1)中的△3;便可忽略,則流量精度為:
當△2<<△時，則δ≈Δ1,即當被檢流量計的重復性(隨機誤差)遠小于流量標準裝置的精度時,被檢流量計的精度便近似等于流量標準裝置的精度。我們知道在流量計量器具中，容積式流量計(例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計、腰輪流量計等)和渦輪流量計在定點使用時，其重復性是非常好的,一般可達到0.05%,甚至更高。另外由誤差理論中隨機誤差的特性我們還知道,當測量次數無限大時,其隨機誤差將趨于零。因此依據流量計和隨機誤差特性,完全可達到如上假設條件,所以等精度傳遞理論在實際中是可以實現的。
綜上所述,可得出如下結論:用計量學基本原.則與流量計量的特點相結合便可得到指導流量計量的特定原則。用該特定原則指導流量計量過程，便可實現流量量值的等精度傳遞,從而大大減小流量量值傳遞中的精度損失,提高流量計的使用精度。
2計量學基本原則在渦輪流量計使用過程中的應用
2.1渦輪流量計現行檢定方法及檢定精度評定方法
渦輪流量計(以液體普通型為例)的檢定方法,按所采用的標準器的不同可分為標準容積法、標準稱重法、標準體積管法和標準流量計法。按被檢流量計的狀態又可分為離線檢定和在線檢定。但無論哪--種檢定方法,其實質就是在具有精度要求的流量標準裝置上確定出被檢流量計在規定的流量范圍內各個檢定流量點下的儀表系數。檢定流量點包括上下限不少于5個，每個檢定點不少于3次。依據上述檢定數據，其檢定精度評定方法如下:1)計量每個流量點下3次檢定對應的儀表系數及其平均值;2)由各個檢定點下的儀表系數平均值得到適用于全量程的儀表常數及該常數的非線性誤差△3;3)依據每個檢定流量點下3次檢定得到的儀表系數的分散性評定出其重復性△2;4)按式(1)計算被檢渦輪流量計的檢定精度。
由上述檢定方法及檢定精度的評定方法可看出:
1)流量計的儀表系數由流量標準裝置直接傳遞得到,因此儀表系數的精度取決于流量標準裝置的精度及3次重復測量的分散性(隨機誤差大小);
2)所得的儀表常數實際上是指在全量程范圍.的通用儀表系數,其實質是對流量計誤差特性曲線的簡單化處理。
2.2保證和提高渦輪流量計使用精度的常用方法
針對渦輪流量計的檢定方法及檢定精度的評定方法,運用計量學基本原則在流量計量的特定原則,便可以歸納出對于經過了計量檢定,已確定了儀表常數和檢定精度的渦輪流量計,保證和提高其使用精度的常用方法:
1)只要滿足計量學基本原則在流量計計量中特定原則的要求,即流量計的使用條件與檢定條件相一致(包括流體的流動特性、介質特性、流量范圍及操作過程),并且在流量計的檢定范圍內使用其儀表常數,便會使其使用精度等于檢定精度。
2)若流量計的使用條件滿足上述相同性原則，并且流量計在檢定流量范圍內能夠定點使用時(使用其檢定流量下儀表系數的平均值),則流量計的使用精度將會大大優于其檢定精度。
3)若流量計在檢定流量范圍內實際使用時，無法滿足定點使用條件,則可依據檢定中得到的各個檢定流量點下的儀表系數平均值與使用流量Q的對應關系。借助最小二乘法原理對儀表常數進行線性化處理,用直線擬合得到的K'=aQ+b來取代儀表常數K,也會在--定程度上提高使用精度。
2.3應用舉例
在精度為0.1級靜態容積法水流量標準裝置上對一臺LW-15渦輪流量計進行了計量檢定,檢定數據如表1所示。
檢定精度:δ=[(0.12+0.112+0.452)1/2]%=0.47%
在已知流量計儀表常數和檢定精度條件下,運用計量學基本原則在流量計量中的特定原則指導流量計的使用過程便會產生如下結果:
1)若流量計的使用條件滿足特定原則的要求，使用給定的儀表常數K0=560.5時流量計的使用精度等同于其檢定精度(0.47%),反之使用精度低于檢定精度。
2)在滿足特定原則條件下,若流量計能夠定點使用(使用該點下的儀表系數平均值來替代儀表常數),則儀表常數的非線性誤差便可忽略。流量計的使用精度為δ=[(0.12+0.112)1/2]%=0.15%。
若使用條件滿足特定原則之要求,但流量范圍無法變動時,根據實際流量采用特性方程K'=2.1769Q+556.06替代儀表常數K0=560.5可得到K'的非線性誤差△3=0.12%,則流量計的使用精度為δ=[(0.12+0.112+0.122)1/2]%=0.20%。
3結論
1)渦輪流量計的檢定精度是在檢定條件下確定的，只有使用條件滿足計量學基本原則在流量計量中特定原則之要求時使用儀表常數才能保證使用精度等于檢定精度;
2)提高使用精度的技術條件是在滿足計量學相同性原則基礎上流量計的定點使用和對儀表常數的線性化處理;
3)上述方法對精密渦輪流量計和氣體渦輪流量計具有同樣效果。
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