摘要：氣體渦輪和腰輪流量計常作為氣體流量標準裝置比對的傳遞標準,但在比對過程中的計量性能變化影響甚至決定了比對結果的客觀性與公正性。基于一臺氣體渦輪流量計和一臺腰輪流量計在比對過程中的8次實驗數據,從兩臺流量計的整體上和單一流量點兩個角度出發,分析示值誤差、儀表系數及其復現性和穩定性的變化規律。結果顯示兩臺流量計在比對過程中均保持了較好的復現性;前者的穩定性較好,而后者的穩定性不合格;兩臺流量計的復現性和穩定性均隨著其流量的增大而逐漸提高。由此說明，氣體流量標準裝置比對工作中優先選擇穩定性較好的流量計作為傳遞標準,且盡可能選擇大的流量點,有利于減小其復現性和穩定性對測量結果的影響,更好地反映標準裝置的測量能力。
0引言
在氣體流量計量中,氣體渦輪和腰輪流量計均為比較成熟的儀表,具有精度高、重復性好、量程比寬、抗干擾能力強等特點，在石油化工工業生產中廣泛應用。同時,在全國省級技術機構之間和省市范圍內,這兩種流量計也多次被作為傳遞標準用于氣體流量標準裝置的比對工作。
但是,比對過程中,這兩種流量計的計量性能變化情況以及這一變化對比對數據的影響程度等問題都沒有一個定量甚至定性的結論。分析和研究這些問題,有利于對比對數據更加客觀的評價和處理,提高比對結果的公平性和公正性。同時,進一步分析其變化規律，有利于指導比對工作中對流量計和流量點的選擇,以減小流量計本身對比對數據的影響程度,使得比對結果能夠更好地反映標準裝置的測量能力。
2013年9月,新疆維吾爾自治區計量測試研究院承擔并主導了全疆范圍內氣體流量標準裝置的比對工作。本文基于本次比對工作中的實驗數據，分析和研究兩臺傳遞標準一氣體渦輪流量計和氣體腰輪流量計的計量性能變化情況,以期為探討和解決上述問題提供參考。
1比對概述
主導實驗室為新疆計量測試研究院，參比實驗室為全疆范圍內其他七個授權的計量技術機構。.所有實驗室的比對裝置均為臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標準裝置,測量范圍均滿足比對的流量點要求。傳遞標準為--臺渦輪流量計和一臺腰輪流量計,均采用脈沖輸出的方法，測量設定流量點的儀表系數。傳遞標準的參數見表1。
為了保證傳遞標準的計量性能穩定性,采用星形式傳遞方法,比對過程中主導實驗室完成對傳遞標準的8次試驗。每個流量點重復實驗6次,取算術平均值作為實驗結果。比對過程中人員全程監督,傳遞標準在比對過程中沒有出現碰撞、跌落、電擊、堵塞等意外情況，保證了傳遞標準的完好性和實驗數據的有效性。
本文基于實驗數據分析和研究氣體渦輪和腰輪流量計的計量性能變化,從流量計整體情況、單個流量點情況兩個角度出發,分析其示值誤差、儀表系數、復現性穩定性等方面的內容,同時對比對數據進行處理,以驗證分析結論。
復現性定義為同一流量計在相同的標準裝置、不同的實驗時間、不同的實驗環境條件下得到測量結果的一致程度,采用實驗標準偏差表示[5-6]。衡量標準為流量計最大允許誤差絕對值的1/3。計算公式為:
式中:sR為儀表系數或示值誤差的復現性;n為試驗次數,n=8;`x為8次實驗數據的平均值,下同。
穩定性定義為同-一流量計在同一個標準裝置、不同實驗條件下,多次測量結果的變化幅度,衡量標準為流量計的最大允許誤差。計算公式為:
式中:xmax、xmin分別為本次實驗數據中儀表系數或示值誤差的最大值、最小值。
2流量計整體計量性能分析
試驗得到的兩個流量計的儀表系數和示值誤差以及它們的平均值、復現性和穩定性如表2所示。
2.1示值誤差
氣體渦輪流量計最大示值誤差為0.28%，氣體腰輪流量計最大示值誤差為0.31%,均小于其最大允許誤差1%,滿足合格要求。由此說明,氣體渦輪和腰輪流量計的計量精度比較高，穩定性也較好。同時,由于采用脈沖輸出方式,示值誤差也反映了流量計儀表系數的線性度,示值誤差較小，說.明流量計儀表系數的線性度也比較好。
2.2復現性
氣體渦輪流量計的儀表系數復現性為0.12%、示值誤差復現性為0.06%,小于0.33%,由此說明氣體渦輪流量計在改變了實驗時間和環境條件下,仍然能夠保證儀表系數和示值誤差的一致性,也證明了常規的檢定結果對正常工作條件下氣體渦輪流量計的有效性。同樣,從氣體腰輪流量計的儀表系數和示值誤差的復現性數據分析,結論與氣體渦輪流量計一致。
2.3穩定性
氣體渦輪流量計的儀表系數和示值誤差的穩定性分別為0.41%.0.64%,均小于1%,在合格范圍內。氣體腰輪流量計的儀表系數穩定性為0.81%,示值誤差穩定性為1.13%,前者合格,后者不合格。
2.4小結
從氣體渦輪和腰輪流量計的儀表系數和示值誤差整體分析其復現性和穩定性,可以得出:在多次試驗中,兩種流量計的儀表系數和示值誤差均保持了較好的一致性。同時,前者的穩定性優于后者,后者的示值誤差穩定性超過允許范圍,可能會對比對結果產生較大影響。
3單個流量點計量性能分析
針對每一個流量點儀表系數的測量數據見表3。
3.1儀表系數
對表3中兩臺流量計各流量點的儀表系數轉換為折線圖，見圖1和圖2。
從圖1中可以看出,氣體渦輪流量計三個流量點儀表系數的變化趨勢基本上是一致的。其中，80m3/h流量點的儀表系數最大，150m3/h和300m3/h兩個流量點的儀表系數基本相同。所以,氣體渦輪流量計在150m3'/h和300m3/h流量點的儀表系數具有較好的一致性,在比對實驗中，選擇這兩個流量點能夠更好地反映出標準裝置在不同流量點的穩定性和正確率。
圖2中，氣體腰輪流量計三個流量點的儀表系數整體的變化趨勢相同,第二次試驗的儀表系數整體增大,第三次試驗的儀表系數卻整體下降,而之前和之后的儀表系數基本保持--致。三個流量點的儀表系數平均值分別為1413.96m-3、1416.19m-3和1419.20m-3,差值基本相同,說明氣體腰輪流量計的儀表系數與流量點的線性關系較好。
同時,從表3中可以看出,氣體渦輪流量計的儀表系數隨著流量點的增大而減小，而氣體腰輪流量計的儀表系數隨著流量點的增大而增大,這也反映出兩種流量計不同的計量特性。
3.2復現性
氣體渦輪流量計在80m3/h、150m3/h、300m3/h流量點的儀表系數復現性分別為0.17%、0.11%和0.08%,均小于0.33%,屬于合格范疇,且值都比較小;氣體腰輪流量計三個流量點的儀表系數復現性分別為0.30%、0.29%和0.18%，也均小于0.33%，但是值都比較大,其復現性明顯比氣體渦輪流量計差。
由此可以分析出,兩臺流量計所有流量點的儀表系數在不同檢定條件下均表現出了較好的一致性,但氣體渦輪流量計的一致性明顯優于氣體腰輪流量計。同時,兩臺流量計均表現出流量點儀表系數的復現性隨著流量點的增大而減小的特點,也就是說在接近其最大流量點處儀表系數的復現性最好,儀表系數的一致性最好。這一特點有利于在對標準裝置進行量值比對、期間核查、穩定性和重復性考核等工作中更好地選擇流量點，以盡量減小或避免流量計本身對標準裝置測量結果的影響。
3.3穩定性
氣體渦輪流量計從小到大的三個流量點的儀表系數依次為0.53%、0.32%和0.24%,均處于合格范圍內;氣體腰輪流量計從小到大的三個流量點的儀表系數分別為1.06%、1.01%和0.60%，其中前兩個值均大于1%,不合格,第三個值雖然合格，但也較大。
這些數據說明了氣體渦輪流量計在實驗過程中保持了良好的穩定性，儀表系數的變化對比對結果的影響較小，屬于可以接受范圍;而氣體腰輪流量計在實驗過程中的穩定性較差,儀表系數出現了較大的偏離,不能客觀反映出標準裝置的計量性能,在比對實驗中需要慎重
3.4小結
從單個流量點分析兩臺流量計的儀表系數,發現氣體渦輪流量計的儀表系數在后兩個流量點一致性較好,能夠更好地反映出標準裝置的穩定性和正確率;而氣體腰輪流量計的儀表系數與流量點的線性關系較好。同時,兩種流量計的儀表系數隨著流量點的增大而呈現相反的變化趨勢。
氣體渦輪和腰輪流量計各流量點儀表系數的復現性均合格,但前者明顯優于后者,且隨著流量點的增大,復現性逐漸變好。在利用這兩種流量計考核標準裝置的工作中,盡可能選擇大的流量點，有利于使測量結果反映標準裝置的計量特性。
氣體渦輪流量計的穩定性均合格,但氣體腰輪流量計前兩個流量點儀表系數的穩定性不合格,在比對實驗中優先選擇前者,慎重選擇后者。兩種流量計儀表系數的穩定性也隨著流量點增大而提高，選擇大流量點有利于減小儀表系數穩定性對比對試驗的影響。
4結束語
本文依據氣體渦輪和腰輪流量計的8次實驗數據,從示值誤差、儀表系數、復現性、穩定性等方面分析了兩臺流量計在比對過程中的計量性能變化情況。從整體上分析,兩臺流量計的儀表系數和示值誤差均具有較好的一-致性，但氣體腰輪流量計的變化幅度較大。從單一流量點分析,氣體渦輪流量計各流量點儀表系數均表現出了很高的復現性和穩定性;而氣體腰輪流量計各流量點儀表系數的復現性較好,穩定性超過允許范圍。
氣體流量標準裝置的比對是保證區域范圍量值傳遞一致性和有效性的一項重要內容。但由于工作的難度大、周期長、內容復雜,所以很難保持一定的連續性和周期性,對傳遞標準在比對過程中的計量性能變化研究也不能得到很好的論證。所以，本文的分析和研究結論也并不能代表兩種類型流量計的整體計量性能,需要更加充分的實驗和充足的數據才能得出盡可能全面、客觀的結論,為提升氣體流量標準裝置的比對工作提供依據。
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