液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的密度測量

按照裝置使用的標(biāo)準(zhǔn)器類型，液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置分為質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置兩大類，對應(yīng)的裝置給出的標(biāo)準(zhǔn)流量也分為體積流量和質(zhì)量流量兩種。
實際使用中的流量計也分為測量液體體積流量的流量計，如差壓式流量計、速度式流量計、容積式流量計等，和直接測量液體質(zhì)量流量的質(zhì)量流量計兩大類。因此，在使用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定流量計時就存在一個裝置給出流量類型與流量計測量的流量類型對應(yīng)的問題。
當(dāng)然，理想的情況是使用以標(biāo)準(zhǔn)容器為標(biāo)準(zhǔn)器，給出流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定測量液體體積流量的流量計，使用以標(biāo)準(zhǔn)量器為標(biāo)準(zhǔn)器，給出流量為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定測量液體質(zhì)量流量的流量計。
對大多數(shù)單位而言，只可能建立一套液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其符合標(biāo)準(zhǔn)器類型的給出流量的擴展不確定度US（k=2）一般為（0.05～0.2）%。要想使用這套標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定測量流量類型與標(biāo)準(zhǔn)器類型不符的流量計，就需要同時測量介質(zhì)密度進行換算：

（1）

（2）
式中：
Qm        ——        累積質(zhì)量流量；
QV        ——        累積體積流量；
ρ        ——        介質(zhì)密度。
此時裝置的給出流量的不確定度中就應(yīng)該考慮密度測量不確定度uρ的影響。在不同介質(zhì)、不同形式的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，習(xí)慣使用的液體密度測量方法和設(shè)備也有所不同，其帶來的密度測量不確定度也不盡相同。
1.在以柴油、潤滑油等油品為介質(zhì)的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中通常使用二等標(biāo)準(zhǔn)密度計或在線密度計等設(shè)備測量介質(zhì)密度。
1.1二等標(biāo)準(zhǔn)密度計一般在方便取樣的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中使用。使用時需要在檢定操作前后分別取管道中的油品樣品，迅速測量樣品密度ρt1，2，避免油品揮發(fā)帶來的影響，同時測量油品溫度T1，2。查GB/T1885-1998《石油計量表》，將油品密度換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度T0（T0=20℃）下的密度ρ201，2，取兩者的平均值作為油品的密度ρ20。
如果裝置標(biāo)準(zhǔn)器給出的流量是累積體積流量QV，還要同時測量檢定時介質(zhì)的溫度T3，根據(jù)GB/T1885-1998中提供的方法計算T0（T0=20℃）下的標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量QV20。
根據(jù)式（1）計算裝置給出的累積質(zhì)量流量Qm。Qm的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)下式計算：

（3）
式中：
uQm        ——        累積質(zhì)量流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uQV20        ——        裝置給出標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uρ        ——        密度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對于二等標(biāo)準(zhǔn)密度計為0.05%。
如果裝置標(biāo)準(zhǔn)器給出的流量是累積質(zhì)量流量Qm，根據(jù)式（2）計算裝置給出的標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量QV20。QV20的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)下式計算：

（3）
式中：
uQm        ——        累積質(zhì)量流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uQV20        ——        裝置給出標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uρ        ——        密度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對于二等標(biāo)準(zhǔn)密度計為0.05%。
1.2在線密度計通常在不易取樣的封閉的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中使用，如體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。在這些裝置中，由于流量檢定操作與密度測量基本同時進行，流量標(biāo)準(zhǔn)器處的介質(zhì)溫度、壓力與密度計處的介質(zhì)溫度、壓力差異不大，因此，對于標(biāo)準(zhǔn)器給出的流量是累積體積流量的裝置，可以直接通過標(biāo)準(zhǔn)器給出的累積體積流量QV和在線密度計測量的介質(zhì)密度ρt，利用式（1）計算裝置給出的累積質(zhì)量流量Qm。
Qm的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度通過式（5）計算：

（5）
式中：
uQm        ——        累積質(zhì)量流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uQV        ——        裝置給出累積體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uρt        ——        密度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對于在線密度計為（0.01～0.02）%。
如果標(biāo)準(zhǔn)器給出的流量是累積質(zhì)量流量，還需要測量檢定時的介質(zhì)溫度T，通過式（2）計算溫度T下裝置給出的累積體積流量QV，再利用GB/T1885-1998中提供的方法將QV換算成T0 （T0=20℃）下的標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量QV20。
QV20的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度通過式（6）計算：

（6）
式中：
uQm        ——        累積質(zhì)量流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uQV        ——        裝置給出累積體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
uρt        ——        密度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對于在線密度計為（0.01～0.02）%；
uQV20        ——        裝置給出的標(biāo)準(zhǔn)累積體積流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
1.3以給出累積體積流量相對擴展不確定度UV=0.05%的體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為例，其給出的累積質(zhì)量流量的相對擴展不確定度如表1所示。
表1  密度計的選用對液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的影響
        二等標(biāo)準(zhǔn)密度計        在線密度計        SY02石油密度計
uρt（%）        0.05        0.01        0.02
uQm（%）        0.0559        0.0027        0.0320
UQm（k=2）（%）        0.1118        0.0054        0.0640
其中：
uQm        ——        裝置給出的累積質(zhì)量流量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度；
UQm        ——        裝置給出的累積質(zhì)量流量的相對擴展不確定度；
uρt        ——        密度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
可見，密度計的選擇對體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置給出的累積質(zhì)量流量的不確定度影響很大，使用二等標(biāo)準(zhǔn)密度計和在線密度計相比裝置給出的累積質(zhì)量流量不確定度相差超過一個等級。
因此，建議在有條件的情況下盡量選擇在線密度計的方法測量介質(zhì)密度，如果沒有條件使用在線密度計，也建議使用SY02石油密度計代替二等標(biāo)準(zhǔn)密度計。
2.在以水為介質(zhì)的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，目前常用的方法是測量檢定時的水溫，通過查純水密度表獲得水的密度。
在實際液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作時，不可能一直使用純水進行檢定操作，標(biāo)準(zhǔn)裝置實際用水的密度與查純水密度表獲得的水密度存在很大的差異，會引起流量數(shù)值產(chǎn)生偏差