序

  目前對(duì)于質(zhì)量流量計(jì)或在線密度儀表，、國(guó)內(nèi)尚無(wú)在線校準(zhǔn)方法，而我國(guó)對(duì)于在線密度計(jì)雖然有檢定規(guī)程，但是于離線條件。目前離線檢定一直無(wú)法得到滿意的結(jié)果。因此。我國(guó)在用的在線密度計(jì)很少。作者是通過(guò)收集目前、國(guó)內(nèi)相關(guān)信息。尤其是2001年9月去美國(guó)Rosemount等公司考察時(shí)了解到的信息。歸納總結(jié)出本論文的。

  2003年9月在國(guó)家在線密度計(jì)檢定規(guī)程修訂時(shí)，作者提出的意見(jiàn)有3個(gè)被采納。但是在線密度計(jì)并不包含質(zhì)量流量計(jì)的密度測(cè)量，因此本論文就質(zhì)量流量計(jì)的密度測(cè)量提出校準(zhǔn)方法，可以說(shuō)具有一定前瞻性和指導(dǎo)意義。

一 前言

  油品密度測(cè)量對(duì)于交接計(jì)量而言，采取體積-重量法或直接質(zhì)量法計(jì)量都是十分必要的。以參比體積計(jì)量時(shí)，需要依據(jù)油品密度和溫度參數(shù)將任意溫度下體積換算到參比條件下的體積；按商業(yè)質(zhì)量（不含液化氣計(jì)量）計(jì)量時(shí)，空氣浮力影響修正也需要根據(jù)密度參數(shù)大小確定。另外，密度還是評(píng)價(jià)油品品質(zhì)和價(jià)格的輔助參數(shù)。

  液體密度測(cè)量方法很多，目前除傳統(tǒng)的玻璃浮計(jì)法、比重瓶稱量法外，在線密度計(jì)在油品計(jì)量中應(yīng)用也逐步增多。另外，Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)CMF傳感器及RFT9739變進(jìn)器，除直接測(cè)量質(zhì)量流量外。還能夠顯示介質(zhì)在工況條件下的密度、溫度，間接顯示體積流量，其密度測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)0.0005g/cm3，重復(fù)性可達(dá)0.0002g/cm3，提供給用戶更多信息和選擇，可惜目前多數(shù)用戶還沒(méi)有發(fā)掘和利用這些功能。

  從實(shí)踐角度出發(fā)，如果用戶選擇質(zhì)量流量計(jì)體積測(cè)量結(jié)果作為結(jié)算依據(jù)，就必須在已往校準(zhǔn)質(zhì)量流量的同時(shí)，對(duì)密度測(cè)量值進(jìn)行必要的校準(zhǔn)．才能保證體積測(cè)量的可靠性。這一點(diǎn)Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)制造工廠不僅有密度標(biāo)定方法，并且在標(biāo)定報(bào)告中給出了密度標(biāo)定系數(shù)。筆者撰文介紹質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量值校準(zhǔn)程序、密度系數(shù)計(jì)算方法，旨在讓更多用戶了解和掌握質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量值校準(zhǔn)方法，并對(duì)于偏離實(shí)際值進(jìn)行修正，與此同時(shí)，根據(jù)流量計(jì)密度變化曲線。監(jiān)測(cè)工況條件變化，對(duì)于計(jì)量過(guò)程的控制是十分必要的。

二 密度校準(zhǔn)及密度系數(shù)計(jì)算

  目前，我國(guó)關(guān)于密度的定義和密度計(jì)的使用與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較并沒(méi)有技術(shù)上的差別，只是不同國(guó)家參比條件不同，我國(guó)油品計(jì)量密度測(cè)定參比條件是20℃，101.325 kPa 美國(guó)是15.6℃（60華氏度），101.325 kPa，而絕大多數(shù)國(guó)家是15℃，101.325 kPa。

1 參比裝置選擇

  質(zhì)量流量計(jì)與其他振動(dòng)管式密度計(jì)一樣，都是基于彈簧振子原理實(shí)現(xiàn)對(duì)密度的測(cè)量。出廠的賦值及使用后校準(zhǔn)都需要依據(jù)相應(yīng)方法進(jìn)行，并根據(jù)實(shí)際情況選擇參比裝置確定密度系數(shù)，實(shí)際密度值等于密度儀表測(cè)量值乘以密度系數(shù)（見(jiàn)公式8）?？梢?jiàn)，修正后的密度準(zhǔn)確性除了與密度儀表本身誤差大小有關(guān)外，還與其量傳或溯源的參比裝置有關(guān)，參比裝置測(cè)量的密度越準(zhǔn)確，則確定出的密度系數(shù)就越可靠，因此。在選擇參比裝置時(shí)要適度，做到既滿足要求又經(jīng)濟(jì)合理。目前普遍采用的參比裝置：一是玻璃浮計(jì)法；二是比重瓶法；三是標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)法。筆者僅就前兩種校準(zhǔn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2 參比密度測(cè)量

  參比密度是由選擇的參比裝置測(cè)定出的密度。

a.玻璃浮計(jì)法

  對(duì)于液體雷德蒸汽壓小于100 kPa的油品。按GB/4756取樣后。按GB/T1884《原油和液體石油產(chǎn)品密度實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法（密度計(jì)）》的要求和步驟。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用玻璃浮計(jì)法測(cè)定，玻璃浮計(jì)視校準(zhǔn)要求，可以選擇一等或二等標(biāo)準(zhǔn)浮計(jì)，并將樣品測(cè)定的密度值修正到參比條件下。

  由于玻璃浮計(jì)測(cè)量方法相對(duì)簡(jiǎn)便，只要樣品有足夠的代表性，測(cè)量數(shù)據(jù)是可信賴的，并且玻璃浮計(jì)與密度儀表具有相同意義的量值，同時(shí)要求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)的示值誤差需要修正，并進(jìn)行平行分析。

b．比重瓶法

  比重瓶法相對(duì)于玻璃浮計(jì)測(cè)量較為復(fù)雜，但是測(cè)量的度較高，因此，目前仍然是國(guó)內(nèi)密度計(jì)檢定或校準(zhǔn)普遍采用的方法。

（1）國(guó)內(nèi)比重瓶測(cè)定方法及程序

  確認(rèn)恒溫槽及相關(guān)設(shè)備滿足測(cè)定條件：確定空瓶重量W1；確定空瓶體積Vs；確定裝滿液體后比重瓶重量W2；根據(jù)已知比重瓶體積，砝碼密度、空氣密度，按稱重平衡方程計(jì)算，并根據(jù)密度定義將被測(cè)液體在空氣中的密度修正到真空狀態(tài)下，公式如下：

ρs＝[（W2－W1）/Vs]X（1－ρ空氣/ρ砝碼）+ρ空氣 （1）

式中，ρs——比重瓶法測(cè)定液體在參比條件下密度；

W1——比重瓶空瓶重量；

W2——比重瓶裝滿液體后重量；

Vs—— 比重瓶體積；

ρ空氣—當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋?/span>

ρ砝碼—稱重砝碼的密度。

（2）國(guó)外比重瓶測(cè)定方法及程序

確認(rèn)恒溫槽及相關(guān)設(shè)備滿足測(cè)定條件；確定比重瓶容積PVTP；實(shí)驗(yàn)前再次確認(rèn)空瓶充滿空氣時(shí)重量并與已經(jīng)確認(rèn)空瓶Wo進(jìn)行比較，誤差不能超過(guò)±0.02%；確定裝滿液體后重量Wf；根據(jù)已知比重瓶體積，砝碼密度、空氣密度，按稱重平衡方程計(jì)算，并根據(jù)密度定義將被測(cè)液體在空氣中的密度修正到真空狀態(tài)下，計(jì)算公式如下：

ρs＝（Wf－Wo）X （1－ρ空氣/ρ砝碼）/PVTP+ρ空氣 （2）

式中，Wo——比重瓶空瓶重量；

Wf—— 比重瓶裝滿液體后重量；

PVTP— 比重瓶的標(biāo)準(zhǔn)體積。

顯然，國(guó)內(nèi)外比重瓶法計(jì)算結(jié)果都是液體在真空中的密度，但也有個(gè)別制造商或標(biāo)定部門(mén)，采用比重瓶法測(cè)定的密度值是液體在空氣中的密度。

3 質(zhì)量流量計(jì)密度值確定

質(zhì)量流量計(jì)顯示的密度為工況條件下密度，在計(jì)算密度系數(shù)之前，必須將質(zhì)量流量計(jì)顯示的密度修正到與參比裝置一樣條件下，或者將參比裝置測(cè)定密度修正到質(zhì)量流量計(jì)工況條件下，這個(gè)程序是不能忽略的。

設(shè)質(zhì)量流量計(jì)工況條件下平均密度ρm，可以取一定時(shí)間間隔取平均值，或取對(duì)應(yīng)間隔質(zhì)量與體積的比值。修正到參比裝置測(cè)定條件下密度按下式計(jì)算：

ρm（s）＝ρm/（Ctlm X Cplm） （3）

式中，ρm（s）— 將質(zhì)量流量計(jì)平均密度ρm修正到參比密度ρs相同條件下的密度；Ctlm— 質(zhì)量流量計(jì)處液體溫度修正系數(shù)，Ctlm＝1+γ（t－to），其中，γ是液體密度溫度系數(shù)（℃－1），根據(jù)密度范圍從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中獲取，t是液體平均溫度（℃），to是參比裝置測(cè)定密度的溫度；Cplm — 液體壓力修正系數(shù)，按下式計(jì)算：

Cplm＝[1－F（Pm－Pe）] （4）

式中，F(xiàn)— 壓縮系數(shù)（kPa-1），依據(jù)液體密度ρm、溫度t查表或計(jì)算；P。— 參比裝置測(cè)定密度壓力（表壓）kPa）；Pm— 質(zhì)量流量計(jì)在工況條件下平均壓力（表壓）（kPa）。

同樣的原理，采用閉式比重瓶測(cè)定參比條件下密度時(shí)，如果測(cè)量時(shí)瓶?jī)?nèi)存在一定壓力，并且溫度也偏離參比溫度的話，可按下式將比重瓶測(cè)定值修正到參比條件下：

ρ（s）＝ρs/（Ctlm X Cplm） （5）

式中，ρ（s）— 將一定溫度．壓力下密度修正到參比條件下的密度；Ctlm— 比重瓶液體溫度修正系數(shù)，Ctlm＝1＋γ（to），其中，γ是液體密度溫度系數(shù)（℃－1），t是比重瓶液體溫度（℃），to是參比溫度（℃）； Cplm— 液體壓力修正系數(shù)，按下式計(jì)算：

Cplm＝[1－F（Ps－Pe） （6）

式中，F(xiàn)— 壓縮系數(shù)（kPa－1），依據(jù)液體密度ρs、溫度t查表或計(jì)算；P。— 參比裝置比重瓶?jī)?nèi)液體飽和蒸汽壓（表壓）（kPa）：Ps— 參比裝置比重瓶?jī)?nèi)部壓力（表壓）（kPa）。

4．密度系數(shù)計(jì)算及使用

密度系數(shù)是相同條件下參比裝置測(cè)定的密度與儀表測(cè)定密度的比，公式為：

DF＝ρs/ρm （7）

式中，DF — 質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)定的密度系數(shù)，無(wú)因次量。

密度系數(shù)首先確認(rèn)了密度計(jì)密度測(cè)量結(jié)果的可信賴程度，并可計(jì)算出密度測(cè)量誤差；其次，是為了科學(xué)、合理地使用好密度計(jì)，Micro Motion 在《質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定手冊(cè)》中明確要求，質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量的實(shí)際值，應(yīng)按下式計(jì)算：

ρactual＝DF X ρMeasured （8）

式中，ρactual— 質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量的實(shí)際值；

ρMeasured— 質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量顯示值。

  筆者相信 質(zhì)量流量計(jì)密度系數(shù)的校準(zhǔn)和使用 必將對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的使用產(chǎn)生積極的影響；同時(shí) 筆者也提醒用戶，本文介紹的方法并非標(biāo)準(zhǔn) 建議用戶對(duì)質(zhì)量流量計(jì)或在線密度計(jì)進(jìn)行密度系數(shù)校準(zhǔn)時(shí) 盡量探討采用相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的可能性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量設(shè)備及測(cè)量過(guò)程的控制。

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