摘要:將計(jì)量學(xué)理論與計(jì)量實(shí)踐相結(jié)合,歸結(jié)出了保證計(jì)量器具使用精度,用于指導(dǎo)計(jì)量過(guò)程中計(jì)量學(xué)基本原則。將該基本原則與流量計(jì)量的特點(diǎn)相結(jié)合,論證了流量計(jì)量中的等精度傳遞理論。在此基礎(chǔ)上針對(duì)渦輪流量計(jì)現(xiàn)行檢定方法及檢定精度的評(píng)定方法,提出了渦輪流量計(jì)使用過(guò)程中保證和提高其精度的常用方法,對(duì)廣大渦輪流量計(jì)用戶具有普遍指導(dǎo)意義。
0引言
　　大量計(jì)量實(shí)踐證明,對(duì)于一臺(tái)經(jīng)過(guò)了計(jì)量檢定(或校準(zhǔn))性能良好的計(jì)量器具,如對(duì)其使用不當(dāng),也得不到人們期望的使用精度。那么對(duì)于一臺(tái)已檢定合格，已知檢定精度和儀表常數(shù)的渦輪流量計(jì)，該如何保證其使用精度等于或者優(yōu)于其檢定精度呢?本文力圖通過(guò)對(duì)一個(gè)計(jì)量過(guò)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(jì)量學(xué)基本原則。將該原則與流量計(jì)量的特點(diǎn)和誤差理論相聯(lián)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(jì)使用過(guò)程中保證和提高其使用精度的條件和常用方法。
1計(jì)量學(xué)基本原則
1.1計(jì)量器具在不同形態(tài)下的兩種計(jì)量精度
　　計(jì)量是保證單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量活動(dòng)。一個(gè)完整的計(jì)量過(guò)程應(yīng)包括兩個(gè)必備環(huán)節(jié):1)計(jì)量器具出廠后的計(jì)量檢定;2)用檢定合格的計(jì)量器具對(duì)被測(cè)量進(jìn)行的測(cè)量。將上述兩個(gè)環(huán)節(jié)與誤差相聯(lián)系后便可得到計(jì)量器具在不同形態(tài)下兩種概念不同的計(jì)量精度:1)計(jì)量器具在檢定條件下確認(rèn)的精度(檢定精度);2)計(jì)量器具在實(shí)際使用條件下的精度(使用精度)。無(wú)疑通常情況下,計(jì)量器具的使用精度低于檢定精度,那.么在什么技術(shù)條件下,才能保證使用精度等于其檢定精度呢?要對(duì)此做出判斷,就需要建立起一定原則,這些原則就叫做計(jì)量學(xué)基本原則。
1.2計(jì)量學(xué)基本原則
　　如何保證計(jì)量器具的使用精度,是計(jì)量工作者的共同課題。長(zhǎng)期以來(lái)在計(jì)量技術(shù)的不同領(lǐng)域人們一直在進(jìn)行著這項(xiàng)研究。并在計(jì)量領(lǐng)域的不同專業(yè)，產(chǎn)生了多項(xiàng)成果。例如:幾何量計(jì)量中的阿貝原則、最小變形原則、最短測(cè)量鏈原則和封閉原則,減少測(cè)量過(guò)程中恒定系統(tǒng)誤差的異號(hào)測(cè)量法微差測(cè)量法,力學(xué)與電學(xué)計(jì)量中的替代測(cè)量法、交換測(cè)量法、對(duì)稱測(cè)量法以及應(yīng)用更為廣闊的組合測(cè)量法等。其實(shí)質(zhì)都是計(jì)量學(xué)基本原則的特定內(nèi)容。通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行歸納,可抽象出用于指導(dǎo)計(jì)量過(guò)程的基本原則:
1)被測(cè)量與被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)二者的特性(是指幾何特性與物理特性)應(yīng)在計(jì)量過(guò)程中盡量保持相同;
2)計(jì)量器具的檢定過(guò)程與使用過(guò)程應(yīng)盡可能保持相同。
　　遵循第1)原則可使任何被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)受環(huán)境影響盡可能相一致，從而減小二者之間差異帶來(lái)的附加誤差。第2)原則主要用來(lái)減小由于二個(gè)比較過(guò)程不一致帶來(lái)的附加誤差。在計(jì)量過(guò)程中滿足上述原則就可以最大限度地使計(jì)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(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量中的特定原則
　　由于流量計(jì)量的對(duì)象是各種流體,因此流體的流動(dòng)特性和介質(zhì)特性是流量計(jì)量的固有特性。由計(jì)量學(xué)基本原則結(jié)合流量計(jì)量的特點(diǎn)，便可得出流量計(jì)量過(guò)程的計(jì)量學(xué)基本原則(特定原則):
1)流量計(jì)的檢定與使用時(shí)流體的流動(dòng)特性應(yīng)盡可能相同;.
2)流量計(jì)的檢定與使用時(shí)流體的介質(zhì)特性(指流體的密度、粘度等)應(yīng)盡可能-致;
3)流量計(jì)的檢定與使用時(shí),操作過(guò)程及環(huán)境影響應(yīng)盡可能保持相同;
4)流量計(jì)的檢定與使用的流量范圍或流量點(diǎn)應(yīng)盡可能保持一-致。
　　因?yàn)榱黧w的流動(dòng)特性和介質(zhì)特性不僅影響流量計(jì)基本方程中各個(gè)特性參數(shù)以及流量方程的整體成立條件,而且流量計(jì)的工作特性也與之密切相關(guān)。因此第1)、2)原則屬流量計(jì)量的特別原則,而第3)、4)原則是計(jì)量學(xué)基本原則的內(nèi)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(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量中的特定原則去指導(dǎo)流量計(jì)量過(guò)程,那么流量基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的流量單位量值將等精度傳遞給工作流量計(jì)，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(jì)》檢定規(guī)程中規(guī)定,其檢定精度由下式確定:

　　式中:Δ1為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度;Δ2為流量計(jì)的重復(fù)性(檢定點(diǎn)中儀表系數(shù)相對(duì)誤差的最大值);Δ2;為流量計(jì)儀表常數(shù)的非線性誤差。
　　如滿足計(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量中的特定原則之要求,并把流量計(jì)的檢定流量點(diǎn)作為使用時(shí)的流量點(diǎn)，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(dāng)△2<<△時(shí)，則δ≈Δ1,即當(dāng)被檢流量計(jì)的重復(fù)性(隨機(jī)誤差)遠(yuǎn)小于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度時(shí),被檢流量計(jì)的精度便近似等于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度。我們知道在流量計(jì)量器具中，容積式流量計(jì)(例如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)、腰輪流量計(jì)等)和渦輪流量計(jì)在定點(diǎn)使用時(shí)，其重復(fù)性是非常好的,一般可達(dá)到0.05%,甚至更高。另外由誤差理論中隨機(jī)誤差的特性我們還知道,當(dāng)測(cè)量次數(shù)無(wú)限大時(shí),其隨機(jī)誤差將趨于零。因此依據(jù)流量計(jì)和隨機(jī)誤差特性,完全可達(dá)到如上假設(shè)條件,所以等精度傳遞理論在實(shí)際中是可以實(shí)現(xiàn)的。
　　綜上所述,可得出如下結(jié)論:用計(jì)量學(xué)基本原.則與流量計(jì)量的特點(diǎn)相結(jié)合便可得到指導(dǎo)流量計(jì)量的特定原則。用該特定原則指導(dǎo)流量計(jì)量過(guò)程，便可實(shí)現(xiàn)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(jì)的使用精度。
2計(jì)量學(xué)基本原則在渦輪流量計(jì)使用過(guò)程中的應(yīng)用
2.1渦輪流量計(jì)現(xiàn)行檢定方法及檢定精度評(píng)定方法
　　渦輪流量計(jì)(以液體普通型為例)的檢定方法,按所采用的標(biāo)準(zhǔn)器的不同可分為標(biāo)準(zhǔn)容積法、標(biāo)準(zhǔn)稱重法、標(biāo)準(zhǔn)體積管法和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法。按被檢流量計(jì)的狀態(tài)又可分為離線檢定和在線檢定。但無(wú)論哪--種檢定方法,其實(shí)質(zhì)就是在具有精度要求的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上確定出被檢流量計(jì)在規(guī)定的流量范圍內(nèi)各個(gè)檢定流量點(diǎn)下的儀表系數(shù)。檢定流量點(diǎn)包括上下限不少于5個(gè)，每個(gè)檢定點(diǎn)不少于3次。依據(jù)上述檢定數(shù)據(jù)，其檢定精度評(píng)定方法如下:1)計(jì)量每個(gè)流量點(diǎn)下3次檢定對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)及其平均值;2)由各個(gè)檢定點(diǎn)下的儀表系數(shù)平均值得到適用于全量程的儀表常數(shù)及該常數(shù)的非線性誤差△3;3)依據(jù)每個(gè)檢定流量點(diǎn)下3次檢定得到的儀表系數(shù)的分散性評(píng)定出其重復(fù)性△2;4)按式(1)計(jì)算被檢渦輪流量計(jì)的檢定精度。
由上述檢定方法及檢定精度的評(píng)定方法可看出:
1)流量計(jì)的儀表系數(shù)由流量標(biāo)準(zhǔn)裝置直接傳遞得到,因此儀表系數(shù)的精度取決于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度及3次重復(fù)測(cè)量的分散性(隨機(jī)誤差大小);
2)所得的儀表常數(shù)實(shí)際上是指在全量程范圍.的通用儀表系數(shù),其實(shí)質(zhì)是對(duì)流量計(jì)誤差特性曲線的簡(jiǎn)單化處理。
2.2保證和提高渦輪流量計(jì)使用精度的常用方法
　　針對(duì)渦輪流量計(jì)的檢定方法及檢定精度的評(píng)定方法,運(yùn)用計(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量的特定原則,便可以歸納出對(duì)于經(jīng)過(guò)了計(jì)量檢定,已確定了儀表常數(shù)和檢定精度的渦輪流量計(jì),保證和提高其使用精度的常用方法:
1)只要滿足計(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)計(jì)量中特定原則的要求,即流量計(jì)的使用條件與檢定條件相一致(包括流體的流動(dòng)特性、介質(zhì)特性、流量范圍及操作過(guò)程),并且在流量計(jì)的檢定范圍內(nèi)使用其儀表常數(shù),便會(huì)使其使用精度等于檢定精度。
2)若流量計(jì)的使用條件滿足上述相同性原則，并且流量計(jì)在檢定流量范圍內(nèi)能夠定點(diǎn)使用時(shí)(使用其檢定流量下儀表系數(shù)的平均值),則流量計(jì)的使用精度將會(huì)大大優(yōu)于其檢定精度。
3)若流量計(jì)在檢定流量范圍內(nèi)實(shí)際使用時(shí)，無(wú)法滿足定點(diǎn)使用條件,則可依據(jù)檢定中得到的各個(gè)檢定流量點(diǎn)下的儀表系數(shù)平均值與使用流量Q的對(duì)應(yīng)關(guān)系。借助最小二乘法原理對(duì)儀表常數(shù)進(jìn)行線性化處理,用直線擬合得到的K'=aQ+b來(lái)取代儀表常數(shù)K,也會(huì)在--定程度上提高使用精度。
2.3應(yīng)用舉例
　　在精度為0.1級(jí)靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)一臺(tái)LW-15渦輪流量計(jì)進(jìn)行了計(jì)量檢定,檢定數(shù)據(jù)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(jì)儀表常數(shù)和檢定精度條件下,運(yùn)用計(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量中的特定原則指導(dǎo)流量計(jì)的使用過(guò)程便會(huì)產(chǎn)生如下結(jié)果:
1)若流量計(jì)的使用條件滿足特定原則的要求，使用給定的儀表常數(shù)K0=560.5時(shí)流量計(jì)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(jì)能夠定點(diǎn)使用(使用該點(diǎn)下的儀表系數(shù)平均值來(lái)替代儀表常數(shù)),則儀表常數(shù)的非線性誤差便可忽略。流量計(jì)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(wú)法變動(dòng)時(shí),根據(jù)實(shí)際流量采用特性方程K'=2.1769Q+556.06替代儀表常數(shù)K0=560.5可得到K'的非線性誤差△3=0.12%,則流量計(jì)的使用精度為δ=[(0.12+0.112+0.122)1/2]%=0.20%。
3結(jié)論
1)渦輪流量計(jì)的檢定精度是在檢定條件下確定的，只有使用條件滿足計(jì)量學(xué)基本原則在流量計(jì)量中特定原則之要求時(shí)使用儀表常數(shù)才能保證使用精度等于檢定精度;
2)提高使用精度的技術(shù)條件是在滿足計(jì)量學(xué)相同性原則基礎(chǔ)上流量計(jì)的定點(diǎn)使用和對(duì)儀表常數(shù)的線性化處理;
3)上述方法對(duì)精密渦輪流量計(jì)和氣體渦輪流量計(jì)具有同樣效果。

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