三等金属量器容量衡量法检定装置_海兴县东方计量仪器有限责任公司

（4）
VM=
M ρB
（5）
将式（4）、式（5）带入式（3）得，
Vw
ρw-Vw
ρa=M-
M ρB
ρa
（6）
即
：VM=
M×（ρB-ρa） ρB×（ρw-ρa）
（7）
其中，Vw 就是量器内容纳介质的体积，为 t℃时 的量器容积，即 Vt=Vw。
作 者 简 介 ：陈 文 琳 （1988-），女 ，硕 士 ，主 要 从 事 流 量 、容 量 方 向 的 研 究 与 检 定 工 作 。
2 标准装置组成
三等金属量器容量检定装置（容量衡量法）作为 三等金属量器量值溯源的标准装置， 标准器的核心 部件是 “高精度电子天平”（I 级 64kg，II 级 300kg)[7] 和“一等玻璃密度计”（0.000 02g/cm3)。
主体硬件主要由 6 部分组成：①循环隔离水箱： 由颈部分度标定水箱和标称容积标定水箱组成； ②电子天平主工作台： 包括两台不同测量范围的电 子天平， 用以针对不同容量大小的三等金属量器容 量的测量；③人工读数扶梯：用以读取被检量器刻度 值， 方便调整高度确保其读数的准确性； ④注水管 路：主要由自吸泵和分配管路组成，用来完成被检金 属量器的润罐和检定、注水，如图 1 所示；⑤自动控 制平台： 主要用来控制注水管路电磁阀的开启以及 自 吸 泵 的 启 停 工 作 [8]；⑥ 数 据 计 算 及 数 据 处 理 软 件 ： 将上述环节采集的数据输入到系统内， 计算机计算 完成后，输出原始记录，打印和保存。
平的平衡位置，若天平不能平衡，可以在天平某个托
盘内加小砝码使其平衡。 根据上述“替代衡量法”测
量原理，若三等金属量器的质量为 ML，钢材体积为 VL，介质的质量为 Mw，体积为 Vw，密度为 ρw，天平 室
内的空气密度为 ρa，介质的表观质量为 M（由标准砝
码质量、补加小砝码质量和天平平衡位置计算，砝码
现在，检测工作中多使用的是电子天平，所以没 有标准砝码此项，公式（9）变为：
V20=
M （ρw-ρa）
×[1+β×(20-t)]
（10）
1.2 介质密度测量
本装置检定介质为循环水， 须用一等玻璃密度
计实测水的密度值，计算公式：
ρw=(ρ20+Δρ)×[1+βd×(20-t)]
（11）
式 中 ：ρ20 为 密 度 计 在 水 中 的 示 值 ，g/cm3；Δρ 为
通过测得的质量与密度的值， 计算出被检三等 金属量器内的介质容量值为 V20，所对应的液位刻度
值 为 h；同 时 ，根 据 式 （12）计 算 出 的 Vf 计 算 三 等 金 属量器标准温度 20℃下标称容量值 VB 对应的刻度 值[6]：
H=h+ VB20-V20 Vf
（13）
这里需要注意的是， 三等金属量器的介质容量 VB 值一般是整数，例如，20L、50L、100L，但是如果金 属量器长期使用，形变量较大，上一级标准为其量传 时，无法量传至整数位的值，或许整数位置小于计量 颈的最底端，或许整数值超出计量颈的高顶端，所以 三等量器的介质容量 VB 值可能变成一个非整数的 值，但一般首选整数值。
（15）
uc(V20)=11.664 6mL
用相对标准不确定度表示：
ucr=
11.664 6 100 000
=1.17×10-4
（16）
扩展不确定度的评定：取包含因子 k=2，得三等 金 属 量 器 容 量 测 量 结 果 的 扩 展 不 确 定 度 为 Ur=ucr× 2=2.4×10-4。
测量不确定度的报告与表示： 被检三等金属量 器 20℃标 称 容 积 100L 对 应 零 点 位 置 65.10mm，其 容量测量结果的扩展不确定度 Ur=2.4×10-4，k=2。
进水
排水至水箱被 检量器
排水至被 检量器
三等金属量器
水泵
润罐/排水管路
水箱
软管
电子天平
图 2 三等金属量器容量衡量法检定工作原理示意图
4 测量结果不确定度评定
以循环水为测量介质，考虑温度和浮力的影响， 被检金属量器刻度 h 的 20℃的容积值为：
V20=
M （ρw-ρa）
×[1+β×(20-t)]×10-3+L
表 1 标准不确定度分量一览表
标准不确定度分量 u(M)
标准不确定度来源 水质量测量
标准不确定度值 u(xi) 2.309g
灵敏系数 ci=坠V/坠xi 1.001cm3/g
|ci|u(xi) /mL 2.312 2
u(ρw)
水密度测量
0.000 011 5g/cm3
-200 490.89cm6/g
2.305 6
u(ρa)
空气密度
0.000 000 1g/cm3
200 490.889cm6/g
0.020 049
u(β)
金属量器体胀系数
0.000 002 89℃-1
200 240.288cm3/℃
0.578 6
u(t)
金属量器水温测量
0.057 7℃
-10.012cm3/℃
容量计量是一项基础性的法治计量工作， 它关 系到石油化工、贸易、交通、民航等部门的经营管理、 产品质量、成本核算等问题[1]。 三等金属量器作为一 种常用的容积计量器具， 其自身性能的好坏和指示 值准确与否直接关系到开展量值传递的准确性和经 济效益的核算[2]。 本文通过“容量衡量法”检定系统 实现对三等金属量器的检定， 提高装置的自动化程 度，减轻劳动强度，降低检定成本，保障计量检定的 可靠性、安全性和准确性。
的高度应不小于标尺总长的 2/3），由公式计算得出
其计量颈分度容积 Vf：
Vf=
V Ha-Hb
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（12）
这 里 “选 择 相 应 容 量 ”一 般 为 20L 选 择 50mL， 50L、100L 选择 100mL；“标准玻璃量器”一般为单刻 线容量瓶并配滴定管，而 V 指的是标准玻璃量器的 容量，mL。 1.4 主体容积检定
比较法升降
天平
天 平 （64kg）
水箱
水流方向
图 1 三等金属量器容量检定装置管路设计工程图
3 检定过程的实现
以一台 100L 三等金属量器为样本， 经外观检 查、密封性检验、排气与排液能力检验合格后，以水
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石油工业技术监督·2015 年 4 月
石油工业技术监督·2015 年 4 月
计量
三等金属量器容量衡量法检定装置
陈文琳，王顺利，许德福，穆 军
新疆维吾尔自治区计量测试研究院 （新疆 乌鲁木齐 830011）
摘 要 三等金属量器作为一种常用的容量计量器具，越来越多地应用到地方计量技术机构、石油石化、油库、加油站的油品计 量部门及科研和企业生产环节中。 通过“容量衡量法”检定系统实现对三等金属量器的检定，此方法具有检定过程简单，操作方 便，准确度高，重复性好等优点。 关键词 三等金属量器；容量衡量法；浮力修正；电子天平；一等玻璃密度计 Abstract The third-class metal measuring vessel is a kind of common capacity measuring instrument, and it is widely used by local measurement institutions, oil measurement sectors in oil depots and oil stations, research institutions and production enterprises. It is proposed that the calibration of third-class metal measuring vessels will be implemented by “capacity measurement method”. The method is of the characteristics of simple process, easy operation, high accuracy and good repeatability. Key words third-class metal measuring vessel; capacity measurement method; buoyancy correction; electronic balance; first-class glass hydrometer
计量
为介质按下述步骤完成检定程序，如图 2 所示：①将 该 100L 三等金属量器放置于电子天平上， 定位并 调平，注水至标称容量 VB 刻线位置附近，记录表观 质量值 M 及对应的液位刻度值 h；②测量并记录被 检量器内水温 t；③测量并记录 t℃的水的密度值 ρw； ④测量并记录实验室空气密度值 ρa； ⑤测量并根据 公式（12）计算出计量颈部分度容积值 Vf；⑥根据公 式 （10） 和 （13）， 计 算 经 过 温 度 和 浮 力 修 正 的 被 检 量 器 V20 值（100L）及对应的液位刻度值 H（65.10mm）。
1 理论分析
1.1 测量原理 容量衡量法是通过测量量器容纳介质 （通常为
水）的质量、密度、温度以求其容积的方法[3]。 用 机 械 天 平 测 量 介 质 质 量 时 [4]，先 把 被 测 量 器
（或过度容器）放入天平的一个托盘上（如左盘），同 时在此盘内再放入标准砝码， 砝码的质量应等于被 测量器的标称容积所对应的介质的质量， 在天平另 一托盘上放平衡重物，使天平处于平衡状态，通过称 量确定天平的平衡位置；从天平托盘（如左盘）上取 下标准砝码，将测量介质注入被测量器至标线位置， 天平另一托盘上平衡重物不变，再次称重，以确定天
（14）
该式中，M 为水的表观质量，g，L 为三等金属量
器残留量带来的附加容积值，L。
各输入量标准不确定度分量见表 1。
合成标准不确定度为：
uc2(V20) =c2(M)u2(M) +c2(ρw)u2(ρw) +c2(ρa)u2(ρa) +c2(β)u2
(β)+c2(t)u2(t)+c2(L)u2(L)
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计量
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再将量器 t℃时的容积换算到标准温度 20℃时
的容积：
V20=Vt×[1+β×(20-t)]
（8）
由式（7）、式（8）可知，测量量器标称容量刻线以
下所容纳介质的表观质量 M（kg)、介质温度 t（℃）以
及 温 度 为 t℃时 的 介 质 密 度 ρw（g/cm3），同 时 测 量 天 平室内的空气密度 ρa（g/cm3），则该量器标称刻线处 的 20℃时的容量值 V20（L）为：
V20=
M×（ρB-ρa） ρB×（ρw-ρa）
×[1+β×(20-t)]
（9）
式中：V20 为三等金属量器 20℃的 容 积 值 ，L；M 为三等金属量器中介质的表观质量，kg；ρw 为 t℃时 的 介 质 密 度 ，g/cm3；ρa 为 天 平 室 内 的 空 气 密 度 ，g/ cm3；ρB 为标准砝码材料密度，g/cm3；β 为三等金属量 器 的 体 胀 系 数 ，℃-1；t 为 三 等 金 属 量 器 检 定 介 质 温 度，℃。
5 结论
该三等金属量器“容量衡量法”检定装置自运行 以来，性能稳定，重复性和稳定性良好，装置不确定 度满足各种类型三等金属量器容量检定 （校准）工 作， 准确度及技术指标满足国家检定规程 JJG2592005《标准金属量器》所需要求。 通过实验室复检实 验证明，在同等检定、校准条件下，该检定装置系列
的体积为 VM，标准砝码材料密度为 ρB），平衡重物的
质量为 T、体积为 VT，得平衡方程如下[5]：
ML-VL ρa+Mw-Vw ρa=T-VT ρa
（1）
ML-VL ρa+M-VM ρa=T-VT ρa
（2）
合并式（1）和式（2）可得:
Mw-Vw ρa=M-VM ρa
（3）
其中，Mw=Vw ρw
密 度 计 的 检 定 修 正 值 ，g/cm3；βd 为 密 度 计 的 体 胀 系
数，取值 25×10-6/℃；t 为水的温度，℃。
1.3 颈部分度值测量
根据三等金属量器计量颈粗细和高度， 选择相
应容量的标准玻璃量器， 向被检三等金属量器内注
水至 Ha 刻线位置，将标准玻璃量器中的水注入金属 量器计量颈中，读取被检金属量器液位 Hb（Ha 至 Hb