流量測量中若干問題的計(jì)量學(xué)基本原則

陳高峰

滎陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，河南滎陽 450100

流量測量目前被廣泛地應(yīng)用到了生活的各個(gè)方面，從貿(mào)易到科學(xué)研究，從工業(yè)生產(chǎn)到國防建設(shè)，人們的生活已經(jīng)離不開流量測量了。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及新材料、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，核技術(shù)、電磁、激光、超聲波等被應(yīng)用到了流量測量領(lǐng)域，使得流量測量逐步趨向于數(shù)字化和電子化。在新技術(shù)不斷被應(yīng)用的同時(shí)，如何提高測量的精度和準(zhǔn)確度，也是人們普遍關(guān)注的一個(gè)問題。

1 流量測量中若干問題

1.1 測量結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性和重復(fù)性

首先，測量結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。復(fù)現(xiàn)性指的是在改變測量條件的前提下，測量同一個(gè)對象得到的結(jié)果具有著一致性。改變測量條件包括測量時(shí)間延長，換一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，改變測量器具，使用不同的測量方法，改變儀器的觀測者等。流量測量結(jié)果必須要有較好的復(fù)現(xiàn)性，可以減少測量誤差，提高測量的準(zhǔn)確度。其次，測量結(jié)果的重復(fù)性。重復(fù)性指的是在保持相同的測量條件的前提下，對同一測量對象進(jìn)行多次的測量，所得到結(jié)果之間具有著一致性。通過多次測量，各個(gè)結(jié)果之間的誤差只是由測量計(jì)本身造成的，重復(fù)性誤差是影響流量計(jì)本身準(zhǔn)確度的一個(gè)重要因素。也就是說，流量計(jì)測量結(jié)果重復(fù)性誤差是檢查流量計(jì)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，要提高流量計(jì)的精確度和準(zhǔn)確性，必須要盡力改善重復(fù)性誤差。

1.2 校準(zhǔn)的精確度

因?yàn)樵谛?zhǔn)時(shí)的情形一般難以與實(shí)際測量時(shí)候的情形一致，所以使用離線校準(zhǔn)儀器在實(shí)際測量流量的時(shí)候?yàn)榱颂岣呔_度，還要引入附加值測量的誤差，常用的一個(gè)方法就是計(jì)算修正辦法。采用測量計(jì)在線校準(zhǔn)可以得到與校準(zhǔn)精確度最為接近的一個(gè)測量精確度。例如鐘罩式的氣體流量計(jì)可以得到較高的準(zhǔn)確測量度，但它只能夠復(fù)現(xiàn)低壓時(shí)的空氣流量，這與在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中流量計(jì)用于高壓測量是不同的。滿足計(jì)量學(xué)理想的氣體流量的標(biāo)準(zhǔn)是體積管，可以采取在線校準(zhǔn)的方式，從而能夠復(fù)現(xiàn)出于實(shí)際測量最為接近的校準(zhǔn)結(jié)果。氣體音速噴嘴在實(shí)驗(yàn)室的工作狀況下，通常采用負(fù)壓法來進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)校準(zhǔn)工作狀況、現(xiàn)場溫度、工作壓力等方面差異比較顯著的時(shí)候，噴嘴流量差異也就比較大。為了提高測量的準(zhǔn)確性和精確度，可以使用正壓法來校準(zhǔn)氣體音速噴嘴，以便能夠復(fù)現(xiàn)出與實(shí)際測量的工作狀況更為接近的情形。不過負(fù)壓法的穩(wěn)定性較高。

1.3 流體的流動(dòng)特性與介質(zhì)特性

流動(dòng)特性主要指的是流量計(jì)的進(jìn)口處速度分布情況；介質(zhì)特性主要包括粘性、可壓縮性等特性。根據(jù)計(jì)量學(xué)的基本原則，應(yīng)當(dāng)盡可能地采取實(shí)流介質(zhì)，或者使用物理特性盡可能相同的介質(zhì)對儀器來進(jìn)行校準(zhǔn)。簡而言之，流量計(jì)在測量的時(shí)候流動(dòng)特性與介質(zhì)特性要與在校準(zhǔn)流量計(jì)的時(shí)候盡可能一致，以減少誤差。在實(shí)際的測量工作當(dāng)中，流體的流動(dòng)特性與介質(zhì)特性不僅僅影響到了流量計(jì)的基本方程當(dāng)中各物性的參數(shù)，還影響到了基本方程本身成立與否，而且流量計(jì)工作特性也與流體的流動(dòng)特性與介質(zhì)特性有著密切的關(guān)系。即使流量計(jì)在湍流自模區(qū)之內(nèi)工作，也不要忽視流動(dòng)特性與介質(zhì)特性對流量計(jì)的影響。因此，相似理論在測量計(jì)的校準(zhǔn)工作當(dāng)中的應(yīng)用，在實(shí)際上也有一定的限制條件。例如渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、管道式的超聲波流量計(jì)等，它們的測量精度也嚴(yán)重受到了流量計(jì)的進(jìn)口速度分布的影響。

2 關(guān)于計(jì)量學(xué)基本原則的探討

在實(shí)際測量流量的工作當(dāng)中，我們知道要提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度，一個(gè)方面是要保證流量計(jì)有較高的精確度，設(shè)計(jì)出高精確度的測量儀器，不斷改進(jìn)測量儀器的線性度、復(fù)現(xiàn)性、重復(fù)性等指標(biāo)。另一方面，通過提高測量儀器的檢定條件、可靠性、重復(fù)性、準(zhǔn)確性等來提高檢定準(zhǔn)確性。以上兩個(gè)方面是提高測量結(jié)果準(zhǔn)確性和精確度基本手段，它的特點(diǎn)是通過提高測量儀器的性能來實(shí)現(xiàn)高精度的測量結(jié)果。但是，這不并是提高測量結(jié)果準(zhǔn)確性和精確度的唯一途徑，如果對精確度較高測量儀器使用不當(dāng)?shù)脑?，測量得到的結(jié)果精確度也不一定高。因此，從最基本的儀器使用到復(fù)雜的技術(shù)措施，都需要計(jì)量學(xué)基本原則來支持。

通過計(jì)量學(xué)基本原則的指導(dǎo)，將會(huì)有效地發(fā)揮測量儀器的精確度，得到精確度較高的測量結(jié)果。今年來人們加大了對計(jì)量技術(shù)的研究力度，得出了很多的研究成果，例如對稱測量法、交換測量法、替代測量法、微差測量法、異號(hào)測量法等。通過這些方法的理論基礎(chǔ)，從中我們可以看出計(jì)量學(xué)基本原則的一些端倪，通過總結(jié)我們可以得出以下兩個(gè)原則：1）被測量和被測量標(biāo)準(zhǔn)之間的特性要在計(jì)量過程當(dāng)中盡量相同，特性要包括集合特性與物理特性；2）測量儀器檢定校準(zhǔn)過程要與使用過程盡量相同。由1）可以得出，任何被測量標(biāo)準(zhǔn)與被測量受環(huán)境影響盡可能一致，進(jìn)而減少兩者之間的差異帶來的誤差；由2）可以看出，可以減少兩個(gè)操作比較過程的差異帶來的誤差。通過這兩個(gè)原則，可以很好地指導(dǎo)流量測量工作。

同時(shí)，由流量測量中若干問題我們可以知道在測量流量的過程當(dāng)中，也需要細(xì)致操作。流量計(jì)檢定用流體與使用流體流動(dòng)特性盡可能相同，流量計(jì)檢定用流體介質(zhì)與使用介質(zhì)特性要盡可能的相同，流量計(jì)檢定與使用操作過程以及環(huán)境影響要盡可能地保持一致，流量計(jì)檢定與使用流量范圍或者流量點(diǎn)要盡可能地保持一致。通過計(jì)量學(xué)基本原則來指導(dǎo)流量測量的過程，可以實(shí)現(xiàn)流量量值等精度傳送，進(jìn)而大大地提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

在流量的測量工作當(dāng)中，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度受到多方面因素的影響，一是測量儀器，而是計(jì)量學(xué)基本原則。通過完善測量儀器的使用精確度和標(biāo)準(zhǔn)精確度，再加上計(jì)量學(xué)基本原則的指導(dǎo)，可以有效保障所測結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度。

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