摘 要:本文对玻璃浮计检定装置改进进行了探索,详细介绍了改进装置的组成和工作流程,也简单分析了装置的测量不确定度。
关键词:玻璃浮计;检定装置;改进;不确定度
玻璃浮计是用于测量液体密度、相对密度及溶液浓度的计量器具,它是根据阿基米德定律设计制造的,主要的玻璃浮计有密度计、酒精计,糖量计、婆美计和土壤计等,广泛应用于石油、化工、贸易以及科学研究等邻域。目前国内对玻璃浮计的计量检定主要是依据国家计量检定规程JJG42-2001或JJG86-2001采用直接比较法进行,即用标准器与被检玻璃浮计直接比较。而常用的标准器大多也是玻璃造浮计。这种检定装置和检定方法存有几多缺陷:
(1)读数不方便,存在着极大的主观误差;
(2)标准器与被检玻璃浮计很难做到同时读数,难以避免酒精等易挥发性溶液因挥发带来的客观误差;
(3)标准器易碎,使用、保存和溯源不方便,很容易造成不经意的损坏;
(4)实验数据记录和处理比较繁琐。
因此,为了减少测量误差和提高工作效率,就有必要改进玻璃浮计现行检定装置。本文就玻璃浮计检定装置的改进作了一些探索。
1 检定装置的构成
玻璃浮计的检定装置由特制量筒、摄像系统、数显密度仪、计算机和打印机等组成,其原理框图如图1所示:
1·1 特制量筒
为了测量的方便,量筒就应需要特别制造,具有特定的功能。特制量筒除了具有普通量筒的功能外,还应满足以下三个要求:首先是有足够的高度,以保证被检玻璃浮计能悬浮于液体上,方便读数;其次是靠近底部有两个输出口,能和数显密度仪形成一个回路,从而达到被检玻璃浮计和密度仪能同时读数;再者就是底部有一个液体排放口,用以排放溶液。条件允许时,可以多备几个,用以盛装不同类溶液。
1·2 摄像系统
摄像系统主要的作用就是将被检玻璃浮计与液面的交接处成像并传输到计算机,通过计算机上的读数软件读数,因为摄像系统所成的像在读数软件里可以根据需要放大或缩小,这便可以减少了读数时造成的人为误差。
1·3 数显密度仪
数显密度仪是本装置的标准器。作为标准器,数显密度仪应保证足够的分辨率(目前广泛应用的精度为0·00001g·cm-3),且测量准确度高,能溯源合格。
1·4 计算机
借用软件对摄像系统的成像数据和数显密度仪的数据确认,并通过数据处理,判定检定结论,输出到打印机。
1·5 打印机
打印检定证书、检定结果通知书或校准证书。
2 软件说明
随着科技发展,以及计算机的不断普及,计算化已跨入现代工作的各个领域,当然计量工作也不例外。本软件主要的作用就是接受数据,处理数据和输出数据。软件采用VB语言,结合Acess混合编程,这样可以实现下拉、弹出菜单等技巧,且界面简单灵活,操作方便。下拉式主菜单包括实验条件、读数操作、数据处理、报告输出及其他等五个部分。
2·1 实验条件
这部分主要的功能就是建立实验环境、选择被检玻璃浮计类型及相应的参数、确定送检单位等信息。这些信息将与证书格式一一对应。
2·2 读数操作
数据来源于两个途径:一个是摄像系统的数据,需要人为地定位,手动输入确认;另一个是数显密度仪所测的数据,因为是直接的数据,只需回车确认便可。这两个数据经认定后进入同一数据库。
2·3 数据处理
这个部分是最复杂的,也是软件的核心部分。数据处理程序需要完成的工作有:
确定标准器相应点的修正值。由于标准器溯源的证书通常是对整数点给出修正值,且在实际操作中溶液密度不可能正好在相应整数点,所以在对数据处理时就需要确定修正值。比如,数显密度仪读数为1·12008时,其修正值应选择1·12000点的修正值。这一工作需要多个选择语句来完成。
②修正值与标准器示值求和,得到溶液密度近似真值。
③玻璃浮计的读数减去溶液密度的近似真值,即为被检玻璃浮计相应点的修正值。
2·4 报告输出
用以报告格式编辑、报告预览和报告打印。
2·5 其他
主要的就是软件说明,帮助内容等。
3 工作流程
3·1 开启数显密度仪预热30min以上,打开电脑和打印机,将标准器溯源的修正值输入数据处理系统中备用;
3·2 将配制的标准溶液稳妥地倾入特制量筒,倾入的深度一般应达到量筒4/5高度以上;
3·3 将被检玻璃浮计缓缓置入量筒,待稳定后,将摄像系统对准玻璃浮计与液面的交接处;
3·4 读数,包括对被检玻璃浮计和自动测试玻璃浮计的读数;
3·5 根据需要更换合适密度的溶液,继续读数;
3·6 对测量数据进行数据处理,浏览并打印证书。
4 不确定度分析
4·1 A类不确定度
在相同条件下,标准器对同一溶液重复测量10次,以此组数据来计算不确定度.其10次数据分别为1·58536、1·58536、1·58537、1·58537、1·58535、1·58536、1·58536、1·58539、1·58534和1·58535,故:
U1=0·004kg·cm-3,&UPSilon;1=9
4·2 B类不确定度
由上级标准带来的传递误差:U2=0·008kg·cm-3,υ2=∞;
②读数误差:U3=0·006kg·cm-3,υ3=50;
③环境影响误差:U4=0·004kg·cm-3,υ4=∞。
4·3 标准不确定度分量汇总表
综上所述,得到各项标准不确定度分量和相关信息，如表1所示。
4·4 合成标准不确定度:
4·5 扩展不确定度的评定
取置信概率95%,包含因子k为2,则扩展不确定度Up为:
Up=kpup=2×0·011=0·022(kg·cm-3)
5 结束语
改进后的玻璃浮计检定装置,既克服了传统装置的劣势,又大大提高了工作效率。
(1)读数方便,极大地减少了人为误差;
(2)标准器与被检玻璃浮计可以达到同时读数,减少了因溶液挥发带来的客观误差;
(3)数据处理简单快捷,从检定到证书可以一步完成;
(4)标准器使用、保存和溯源都很方便。
该装置可靠性和操作性强,且测量重复性好。我深信它的广泛应用将大大提高计量部门对玻璃浮计检定的工作效率,且它对完善和改进玻璃浮计类测试设备将起到一定的促进作用。该装置除计量部门外,还可以用于玻璃浮计生产部门、石油化工行业及生物药业等。
参考文献
[1]闷宝珠.质量与密度测量不确定度评定.中国计量出版社,2002(07).
[2]徐秋莎.玻璃浮计在检定中存在的疑点.计量与测试技术,2006(05).
作者简介:周中木,男,工程师。工作单位:重庆市计量质量检测研究院。
