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快速获得油流量标准装置介质密度的方法讨论

来源:www.morrisnunn.com作者:励争取1 康 勇2 张永良3发表时间:2019-07-16 16:24:23

摘要:介质密度是油流量标准装置使用中的一个重要参数,影响体积与质量之间的单位换算。所以,密度测量的准确与否直接关系到整个装置的测量准确性。考虑到油流量标准装置介质的循环使用,以及温度的实时测量等特性,采用测得介质密度-温度关系曲线的方式,通过测量介质温度来快速获得密度值。本文以变压器油为例,讨论如何准确快速测得温度-密度关系曲线,从而提高油流量标准装置的测量准确性。
 
0引言
此试验为中国计量科学研究院油流量标准装置项目配套试验之一,通过测定介质的温度-密度关系曲线,进行体积与质量的换算,来研究不同检测方法之间的区别。
依据阿基米徳定律,当被密度计所排开的液体的重量等于密度计本身的重量时,即密度计受到的浮力与重力相等时,密度计漂浮于石油产品中,处于平衡状态。当温度达到平衡后,读取密度计读数和试样温度。用石油计量表把观察到的密度计读数换算成标准密度。
本试验目的是测定介质的温度-密度关系曲线,需要测多组数据来进行线性拟合。因此,最好的方法是控制温度的变化进行连续测量,通过持续升温或降温的方式,同时读取密度计和温度计示值,获得尽可能多的测量结果,使得拟合曲线更接近于真实值。
 
1试验装置和方法
在多次试验中发现,温度测量的准确性对结果影响很大。一般使用中都是采用手持温度计进行测量,待温度稳定后读数,并不适用于持续降温的情况。因此需要将一体化温度计与密度计始终接触介质,据此设计的试验装置如图1~图3所示。
20190716163026.jpg
装置示意图及实物图中:温度计A为主要测量温度计,温度计B为备用温度计,用于判断温度分布情况;C为一等标准密度计;D为纸板,上有一大两小共三个开孔,用于固定温度计,且使密度计能自由移动;E为水浴装置,玻璃容器,通过手动添加热水。同时,为验证试验结果的可靠性,分别设计了以下两种试验方案:
1)有水浴方案。先用热水浴对介质进行加温,再连同水浴装置放入20℃恒温室内降温,利用恒温室逐渐降低水浴的温度,间接降低介质的温度。实时读取密度计和温度计的读数并记录,以此方案读数为参考值。
2)无水浴方案。先用热水浴对介质进行加温,后移除水浴装置放入20℃恒温室降温。测量过程中保持温度计A的感温泡处于密度计躯体的中间位置,实时读取密度计和一体化温度计的读数并记录。
 
2试验结果
实验结果如表1~表3和图4~图5所示。两种方案实验结果对比如表4所示。
 有水浴方案第一次试验结果
有水浴方案第二次试验结果
 无水浴方案试验结果
两种方案试验结果对比
无水浴方案试验结果
由于拟合曲线是线性的,误差的最大值只会出现在两端点上,在23~38℃范围内,比较两种方案在同一温度下的差值E,分析误差结果如下:
20190716163155.jpg
 
3数据分析
降温过程如图6所示。无水浴方案降温过程垂直方向上温度对比如图7所示。对比水浴降温测量结果,23~38℃范围内最大误差0.023kg/m3。试验结果表明,采用无水浴降温的方法可以和有水浴降温获得同样的效果,两种方法之间的误差在0.023kg/m3左右,远小于密度计的扩展不确定度0.080kg/m3。
有水浴方案的测量时间是无水浴方案的3倍左右,采用无水浴的方法能明显缩短时间。在初始温度相同的情况下,持续降温过程具有很好的稳定性,介质没有出现对流等现象。
20190716163206.jpg
另外,从温度分布看,有水浴的状态下温度计A与温度计B温差在0.1℃以内。而无水浴的时候温度相差较大,温度计B比温度计A的示值低,最大能达到1.6℃。说明“有水浴”跟“无水浴”的降温方式还是有所区别的。
20190716163223.jpg
式中:f(h)为量筒内密度分布公式;ht为密度计躯体上端至液面距离;hd为密度计躯体下端至液面距离;ρ为ht至hd距离内的平均密度。
当密度分布不均匀的时候,密度计测量值显示的是躯体V上平均密度ρ。在整个测量过程中,只有密度计的位置是上下浮动的。密度在垂直方向上有可能呈线性分布,平均密度ρ的位置在密度计躯体的中间,只要获得这一位置的温度T,也就知道了ρ-T变化曲线。
 
4总结和建议
由于介质是现场采样,采用文献值进行密度比较也许并不可靠,因此用水浴降温的方法测参考值。从结果上看,无水浴降温的方法也能很好的测得密度-温度变化曲线,并且时间更短,测点数也更多更均匀。这种方法对试验人员的要求比较高,不仅要读数准确迅速,还要连续测量近3个小时。测量过程中,要注意密度计不接触量筒壁和温度计,保持一体化温度计的感温泡处于密度计躯体的中间位置。
测定密度-温度变化曲线以后,可以通过温度测量而不再需要进行密度采样就能快速进行体积和质量之间的换算。无水浴降温、密度计温度计连续同时测量的方法,具有测点多、工作量小,重复性好等优点。适用于常温条件下,密度-温度变化呈线性关系的介质。无水浴降温法的不确定度、测点数影响、扩大使用温度范围、适用介质等还需要进一步的研究。介质降温时在垂直方向上的密度是否呈线性或近似线性分布也需要其他方法进行佐证。
 
 
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