CN102023121A - 石油密度计校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明密度计的检测校准技术领域，具体涉及一种对石油密度计进行校准的校准装置及方法，它包括固定架、恒温槽及天平，恒温槽设置在固定架内，固定架的顶面上设置有天平，天平下设置有吊绳，恒温槽内设置有玻璃量筒，玻璃量筒包括主量筒和辅量筒，主量筒通过液面调节装置与辅量筒连通，主量筒内设置有温度计，本发明是依靠参考液液面的上下移动来实现密度计的不同的校准标点之间的相互切换，从而使参考液液面与需要的校准标点相切，进而满足密度计校准的需要，进而填补低量程石油密度计无法校准的空白，扩展了石油密度计的检定范围，提高了检定自动化程度，提高检定效率，减小测量误差，提高检定校准的不确定度水平。
Description
技术领域：
本发明密度计的检测校准技术领域，具体涉及一种对石油密度计进行校准的校准装置及方法。
背景技术：
密度是表征物质特性的一个重要物理量。密度测量在物理学、化学、计量学、海洋学等学科中对各种物质性质的研究起着重要的作用，它涉及到石油、化工、冶金、建材、轻工、贸易、煤炭、医疗等国民经济的众多领域，在众多工业部门中的应用已十分广泛。因此无论从经济还是技术的观点来看，准确的密度计量都有着非常重要的意义。为了保证液体密度量值的一致性，我国在1965年建立了以液体静力称量法为基础的液体密度基准装置，该基准采用液体静力称量法将密度量值复制到基准密度计上，由基准密度计进行量值传递，其主要技术指标：测量范围：(650～3000)kg/m3；不确定度：(7～20)×10-3kg/m3(包含因子k＝3)。
密度计主要用于密度的测量，广泛应用于贸易结算、环境监测等方面，与国民经济发展息息相关，因此被列入《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》。密度计在投入使用前，必须经法定计量检定。
玻璃浮计是最常见的密度计量器具，适用于液体密度的测量。为检定玻璃浮计，我国制定有玻璃浮计检定规程JJG86-2001和JJG42-2001，规程中采用的是直接比较法来进行密度计的检定。随着科技的发展特别是石油化工工业的发展，越来越多的专用密度计开始被广泛使用。常见的有石油密度计和液化石油气密度计。石油密度计专用于检测石油及石油产品的密度，广泛应用于石油化工行业，其测量范围为(600～1100)kg/m3，液化石油气密度计测量范围为(500～650)kg/m3，然而现有的JJG86-2001与JJG42-2001这两个规程都不适用于测量密度小于650kg/m3的石油密度计和液化石油气密度计的检定，这是由于目前尚无密度小于650kg/m3且密度稳定的检定液所致。即便是对于密度大于650kg/m3的常规密度计的测量，直接比对法也存在着需更换不同检定液，效率低下，主观及客观误差较大，不确定度较大等弊端。
国内对玻璃浮计的检定主要是依据国家计量检定规程JJG86-2001和JJG42-2001采用直接比较法进行，即用标准玻璃浮计与被检玻璃浮计直接比较。这种检定方法存在其自身缺陷，归纳如下：
1.在对玻璃浮计不同标记进行检定时，需要更换不同密度的检定液；而目前使用的检定液多为有毒易燃的有机溶液。
2.无法检定低量程测量密度小于650kg/m3)的玻璃浮计，因为至今尚未找到密度稳定的检定液。
对于密度小于650kg/m3的玻璃浮计的检定，国内也有一些单位使用静力称量法做了一些有益尝试，但普遍存在对玻璃浮计的不同校准标记进行校准时，需要人工提拉吊绳，操作麻烦，耗费人力较大，工作效率低下的缺点。
发明内容：
综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种石油密度计校准装置及方法，该校准装置通过精确称量待校密度计在空气中和参考液中的质量，进而计算出待校密度计的校准标记点的理论值，进而计算该校准标记点的修正值。对待校密度计不同校准标记点的检定则主要通过改变参考液的液面高度来实现。整个装置由恒温槽、天平、液面调节装置、摄像装置、计算机等设备构成。该校准方法以液体静力称量法为基本原理，摒除了传统直接比较法中通过更换不同密度参考液来实现对密度计进行校准的方法，而是仅仅使用一种常温下稳定的参考液，它是依靠参考液液面的上下移动来实现待校密度计的不同的校准标记点之间的相互切换，从而使参考液液面与需要的校准标记点相切，进而满足密度计校准的需要，同时，通过公式计算出校准标记点的理论密度，然后再与待校密度计的实际读数相比较，最后计算出待校密度计的校准修正值，进而填补低量程石油密度计无法校准的空白，同时也扩展了玻璃浮计的检定范围，提高了检定自动化程度，减小了检定校准结果的不确定度。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种石油密度计校准装置，它包括固定架、恒温槽及天平，恒温槽设置在固定架内，固定架的顶面上设置有天平，天平下设置有吊绳，其中：所述的恒温槽内设置有玻璃量筒，所述的玻璃量筒包括主量筒和辅量筒，主量筒通过液面调节装置与辅量筒连通，主量筒内设置有温度计，温度计、液面调节装置、天平及恒温槽均与计算机连接。
本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的液面调节装置为两个真空泵、控制电路，一个真空泵的进液口与主量筒连通，出液口与辅量筒连通；另一个真空泵的进液口与辅量筒连通，出液口与主量筒连通。
本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的恒温槽包括底座、槽体、电机、搅拌器、加热器及制冷器，槽体设置在底座上，槽体包括内槽和外槽，玻璃量筒设置在内槽内，内槽设置在外槽内，内槽与外槽之间为流体通道，槽体下设置搅拌器，电机设置在底座内，电机与搅拌器连接，槽体上设置有加热器及制冷器。
本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的固定架上设置有照明装置，照明装置的高度与玻璃量筒的高度相对应。
本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的固定架上设置有摄像装置，摄像装置与计算机连接。
利用石油密度计校准装置对石油密度计进行校准的方法为：它包括以下步骤：
a、选择参考液、参考密度计、恒温介质；
b、将盛有参考液的玻璃量筒放入恒温槽，启动恒温槽，待恒温介质温度稳定在20±0.01℃时开始对待校密度计进行校准；
c、首先用天平称量待校密度计在空气中的质量m空，并用千分尺测得待校密度计的各校准标记点的干管直径D，并给待校密度计附上配重并通过吊绳吊挂在天平下端，将参考密度计放进参考液中，启动温度计及摄像装置；
d、启动液面调节装置，使主量筒内的参考液的液面上升，待主量筒内液面的高度与待校密度计的下端校准标记点平齐后，停止液面调节装置；
e、从天平读取m天平，从温度计读取t，从摄像装置采集的图像读取参考密度计的读数ρ液和待校密度计的读数ρ实，根据公式：
公式中，ρ液——20℃时，参考液的密度，g/cm3；
ρ空——空气密度值，取0.0012g/cm3；
α液——20℃时，参考液的表面张力系数，mN/m；
α1——实际工作液体的表面张力系数，通过毛细常数计算，mN/m；
m配——配重在真空中的质量，g；
m天平——待校密度计在参考液中的质量，g；
m空——待校密度计在真空中的质量，g；
V配——配重的体积，cm3；
D——待校密度计干管在检定点的直径，mm；
计算出待校密度计最下端校准标记点的理论密度，然后根据公式：
Δρ＝ρ实-ρ理
ρ实——待校密度计的读数，g/cm3；
计算出待校密度计最下端校准标记点校准修正值Δρ；
f、启动液面调节装置，使主量筒内的参考液的液面上升，重复步骤d、e，依次对待校密度计的中间的校准标记点及最上端的校准标记点进行校准，依次得出待校密度计的中间校准标记点与最上端校准标记点的校准修正值；
g、完成待校密度计的最上端的校准标记点校准完毕后，取出待校密度计并清洗，然后重复步骤d、e、f，对待校密度计的各个校准标记点进行第二遍校准；
h、完成待校密度计的第二遍校准后，比较各个校准标记点的两次校准修正值，若差值在允许范围内，则取它们的平均值即为该标记密度点的修正值，若差值超出允许范围，则需再次校准；
i、校准完毕，取出待校密度计及参考密度计，清洗干净并放好，关闭摄像装置、温度计和恒温槽等设备。
本发明的有益效果为：
1、本发明首次设计了参考液液面调节装置，将密度计检定用玻璃量筒设计成主辅两个量筒，以保证参考液的温度恒定，同时设置与主辅量筒连通的真空泵，真空泵由上位机程序控制，可自动实现参考液面的上下移动，依靠液面的上下移动来实现密度计的不同的校准标点之间的相互切换，从而实现对密度计不同刻度点的校准，进而工作需要。
2、本发明可以有效地进行密度小于650kg/m3的石油密度计和液化石油气密度计的检定，服务于石油化工行业及其它行业，为其发展提供计量保证，还可以使我们现有的密度计以及石油密度计校准结果的测量不确定度提高到0.12kg/m3，大幅提高密度测量水平，从而不仅可以使我们在密度测量方面位居国内前列，而且可以与国际密度计量接轨，在国际密度计量领域占有一席之地。
3、本发明将密度测量范围扩展到：(500～3000)kg/m3，测量不确定度可达到0.12kg/m3；建立涵盖500kg/m3～650kg/m3密度范围的检定/校准方法，填补该领域的规程空白；
4、本发明的天平、温度计、真空泵、摄像装置等元件均可与计算机连接，通过计算机控制程序控制各个元器件的工作，提高了密度计校准的自动化程度，提高检定效率，减小测量误差，提高检定校准的不确定度水平。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1的左视示意图；
图3为本发明的液面调节装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2、图3所示，一种石油密度计校准装置，它包括固定架2、恒温槽及天平1，恒温槽设置在固定架2内，固定架2的顶面上设置有天平1，天平1下设置有吊绳3，恒温槽包括槽体、电机15、搅拌器14、加热器8及控制器，槽体包括内槽6和外槽7，内槽6设置在外槽7内，内槽6与外槽7之间为流体通道，槽体下设置电机15及搅拌器14，槽体上设置有加热器8及制冷器13，槽体上还设置有传感器。内槽6内设置有玻璃量筒4，玻璃量筒4包括主量筒21和辅量筒20，主量筒21下设置有主进液口26及主出液口27，辅量筒20下设置有辅进液口23与辅出液口22，主进液口26连通第一真空泵25的出液口，辅出液口22连通第一真空泵25的进液口，主出液口27连通第二真空泵24的进液口，辅进液口23连通第二真空泵24的出液口，主量筒21内设置有温度计9。固定架2上还设置有照明装置19，照明装置19的高度与玻璃量筒4的高度相对应。固定架2上还设置摄像装置12。天平1、温度计9、第一真空泵25、第二真空泵24、摄像装置12、恒温槽的电机15、加热器8及制冷器13均通过数据线与计算机18连接。
当需要提升主量筒21内参考液的液面时，打开第一真空泵25，第一真空泵25抽取辅量筒20内的参考液然后输送进主量筒21，从而使主量筒21内的液面上升，当液面达到需要高度后，关闭第一真空泵25，当主量筒21内参考液的液面需要降低时，打开第二真空泵24，第二真空泵24抽取主量筒21内的参考液然后输送进辅量筒20，从而使主量筒21内液面下降，当液面降低到需要高度后，关闭第二真空泵24。
当主量筒21内的参考液温度发生变化，需要使其升温或降温时，恒温槽的电机15使搅拌器14转动，搅拌器14将槽体底部的恒温介质从内槽6与外槽7之间的流体通道，向上从内槽6上端流进内槽6，内槽6内的恒温介质向下回流回槽体底部，从而使恒温介质在槽体内循环流动，同时再配合槽体上设置的加热器8或制冷器13，从而保持恒温介质的温度稳定，进而实现保持参考液的温度稳定。
本发明的天平1、温度计9、第一真空泵25、第二真空泵24、摄像装置12、恒温槽的电机15、加热器8及制冷器13均通过数据线与计算机18连接，在计算机18内安装相应的控制软件，从而控制第一真空泵25、第二真空泵24、加热器8及制冷器13的启闭，同时，摄像装置12将拍摄到画面信息输送给计算机18，通过画面放大、缩小及移动位移等***，观察参考密度计5及待校密度计10的读数情况及与参考液面的接触情况，尽可能的减少人工读数时造成的人为误差
当要对密度计进行校准时，具体校准步骤如下：
a、选择参考液、参考密度计5、恒温介质。
b、将盛放有参考液的玻璃量筒4放入恒温槽，打开照明装置19，启动恒温槽，待恒温介质温度稳定在20±0.01℃时开始对待校密度计10进行校准。
c、首先用天平1称量待校密度计10在空气中的质量m空，并用千分尺测得待校密度计10的各校准标记点的干管直径D，并给待校密度计10附上配重11并通过吊绳3吊挂在天平1下端，将参考密度计5放进参考液中，启动温度计9及摄像装置12。
d、启动液面调节装置17，使主量筒21内的参考液的液面上升，待主量筒21内液面的高度与待校密度计10的最下端的校准标记点平齐后，停止液面调节装置17。
此时注意观察配重11、待校密度计10和参考密度计5上有无气泡，同时观察参考密度计5和待校密度计10的干管与液面相接处的弯月面形状是否正常，若有气泡或弯月面不正常应重新清洗密度计或检查参考液是否被污染，直至无气泡且密度计与参考液液面正常相切。
e、从天平1读取m天平，从温度计9读取t，从摄像装置12采集的图像读取参考密度计5的读数ρ液和待校密度计10的读数ρ实，根据公式：
公式中，ρ液——20℃时，参考液的密度，g/cm3；
ρ空——空气密度值，取0.0012g/cm3；
α液——20℃时，参考液的表面张力系数，mN/m；
α1——实际工作液体的表面张力系数，通过毛细常数计算，mN/m；
m配——配重在真空中的质量，g；
m天平——待校密度计在参考液中的质量，g；
m空——待校密度计在真空中的质量，g；
V配——配重的体积，cm3；
D——待校密度计干管在检定点的直径，mm；
计算出待校密度计最下端校准标记点的理论密度，然后根据公式：
Δρ＝ρ实-ρ理
ρ实——待校密度计的读数，g/cm3；
计算出待校密度计最下端校准标记点校准修正值Δρ；
f、启动液面调节装置17，使主量筒21内的参考液的液面上升，重复步骤d、e，依次对待校密度计10的中间校准标记点及最上端校准标记点进行校准，依次得出待校密度计10的中间校准标记点与最上端校准标记点的校准修正值；
g、完成待校密度计10的最上端的校准标记点校准完毕后，取出待校密度计10并清洗，然后重复步骤d、e、f，对待校密度计10的各个校准标记点进行第二遍校准；
h、完成待校密度计10的第二遍校准后，比较各个校准标记点的两次校准修正值，若差值在允许范围内，则取它们的平均值即为该标记密度点的修正值，若差值超出允许范围，则需再次校准；
第二遍校准时校准标记点的两次调节液面的天平1示数变化对于液化石油气密度计不大于0.0140g，对于石油密度计不大于0.0050g，且恒温***的控制温度与20℃的偏差不应大于0.2℃。否则重新调节，直到符合要求为止。
i、校准完毕，取出待校密度计10及参考密度计5，清洗干净并放好，关闭摄像装置12、温度计9和恒温槽等设备。
本发明在实际使用过程中，液面调节装置17还可以设置成一个真空泵及换向阀相配合的结构形式，通过换向阀换向，来实现在主量筒21与辅量筒20之间的液面调整。
要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。
Claims (6)
1.一种石油密度计校准装置，它包括固定架(2)、恒温槽及天平(1)，恒温槽设置在固定架(2)内，固定架(2)的顶面上设置有天平(1)，天平(1)下设置有吊绳(3)，其特征在于：所述的恒温槽内设置有玻璃量筒(4)，所述的玻璃量筒(4)包括主量筒(21)和辅量筒(20)，主量筒(21)通过液面调节装置(17)与辅量筒(20)连通，主量筒(21)内设置有温度计(9)，温度计(9)、液面调节装置(17)、天平(1)及恒温槽均与计算机(18)连接。
2.根据权利要求1所述的石油密度计校准装置，其特征在于：所述的液面调节装置(17)包括两个真空泵，一个真空泵的进液口与主量筒(21)连通，出液口与辅量筒(20)连通，另一个真空泵的进液口与辅量筒(20)连通，出液口与主量筒(21)连通。
3.根据权利要求1所述的石油密度计校准装置，其特征在于：所述的恒温槽包括底座(16)、槽体、电机(15)、搅拌器(14)、加热器(8)及制冷器(13)，槽体设置在底座(16)上，槽体包括内槽(6)和外槽(7)，玻璃量筒(4)设置在内槽(6)内，内槽(6)设置在外槽(7)内，内槽(6)与外槽(7)之间为流体通道，槽体下设置搅拌器(14)，电机(15)设置在底座(16)内，电机(15)与搅拌器(14)连接，槽体上设置有加热器(8)及制冷器(13)。
4.根据权利要求1所述的石油密度计校准装置，其特征在于：所述的固定架(2)上设置有照明装置(19)，照明装置(19)的高度与玻璃量筒(4)的高度相对应。
5.根据权利要求1所述的石油密度计校准装置，其特征在于：所述的固定架(2)上设置有摄像装置(12)，摄像装置(12)与计算机(18)连接。
6.根据权利要求1所述的石油密度计的校准方法，其特征在于：它包括以下工艺步骤：
a、选择参考液、参考密度计(5)、恒温介质；
b、将盛有参考液的玻璃量筒(4)放入恒温槽，启动恒温槽，待恒温介质温度稳定在20±0.01℃附近时开始对待校密度计(10)进行校准；
c、首先用天平(1)称量待校密度计(10)在空气中的质量m空，并用千分尺测得待校密度计(10)的各校准标记点的干管直径D，并给待校密度计(10)附上配重(11)并通过吊绳(3)吊挂在天平(1)下端，将参考密度计(5)放进参考液中，启动温度计(9)及摄像装置(12)；
d、启动液面调节装置(17)，使主量筒(21)内的参考液的液面上升，待主量筒(21)内液面的高度与待校密度计(10)的最下端校准标记点平齐后，停止液面调节装置(17)；
e、从天平(1)读取m天平，从温度计(9)读取t，从摄像装置(12)采集的图像读取参考密度计(5)的读数ρ液和待校密度计(10)的读数ρ实，根据公式：
公式中，ρ液——20℃时，参考液的密度，g/cm3；
ρ空——空气密度值，取0.0012g/cm3；
α液——20℃时，参考液的表面张力系数，mN/m；
α1——实际工作液体的表面张力系数，通过毛细常数计算，mN/m；
m配——配重在真空中的质量，g；
m天平——待校密度计在参考液中的质量，g；
m空——待校密度计在真空中的质量，g；
V2——配重的体积，cm3；
D——待校密度计干管在检定点的直径，mm；
计算出待校密度计最下端校准标记点的理论密度，然后根据公式：
Δρ＝ρ实-ρ理
ρ实——待校密度计的读数，g/m3；
计算出待校密度计最下端校准标记点校准修正值Δρ；
f、启动液面调节装置(17)，使主量筒(21)内的参考液的液面上升，重复步骤d、e，依次对待校密度计(10)的中间校准标记点及最上端校准标记点进行校准，依次得出待校密度计(10)的中间校准标记点及最上端校准标记点的校准修正值；
g、完成待校密度计(10)的最上端的校准标记点校准完毕后，取出待校密度计(10)并清洗，然后重复步骤d、e、f，对待校密度计(10)的各个校准标记点进行第二遍校准；
h、完成待校密度计(10)的第二遍校准后，比较各个校准标记点的两次校准修正值，若差值在允许范围内，则取它们的平均值即为该标记密度点的修正值，若差值超出允许范围，则需再次校准；
i、校准完毕，取出待校密度计(10)及参考密度计(5)，清洗干净并放好，关闭摄像装置(12)、温度计(9)和恒温槽等设备。
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