用双计时法检定换向器不确定度的探讨

　　0　引言

　　液体流量装置换向器的作用除了改变水流流向外,还扮演发讯计时器和被检流量计两者同步计量的重要角色[1],故装置合成不确定度中,换向器系统的不确定度占据很大比重[2]。虽然检定规程规定了流量计检定法和行程差法两种换向器检定方法及不确定度计算公式[3],但现实测量中,由于流量表指示流量的形式各不相同,其基本误差的检定方法也因表而异。例如,对涡轮、涡街、电磁等带脉冲信号输出的流量计的检定[4],检定开始和停止信号通常由换向器发讯。即换向器运动过程中,当运动经过行程的几何中点位置时,其发讯标杆(俗称档板)遮档光电传感器,光电传感器输出信号触发计时器开始计时、计频。但对水表、油表这类无电量信号输出的机械式累积流量仪表,检定时一般由流量表处外部设备始发检定开始或停止信号给换向器系统,换向系统接收信号后再实施换向进行计量[5]。上述两种检定方法发讯信号主从关系正好相反。发讯信号方法不同,其换向器的不确定度也必然不同。文献[3]中规定的两种换向器检定方法,对检定带电量信号输出的流量计的装置是科学可行的,但对检定机械累积流量表,检定换向器的方法就应重新考虑了。目前,一些高准确度等级的液体流量标准装置检定机械累积流量表的检定质量不尽人意,大口径水表校验装置存在明显的装置台位误差,比对试验结果不令人满意,分析原因均与换向器系统有较大关联。纵观液体流量标准装置现状,深入研究、科学评定换向器系统的不确定度有着重要的现实意义。

　　1　工作原理

　　液体流量标准装置多为流动启/停式装置[6],即流量计开始检定前、检定过程中和一次检定结束后,液体一直流过流量计,工作量器或称重容器的示值则采用静态读数(又称静态容积法、静态质量法)。如图1所示为采用一次检定流程来展示流量表的检定过程和换向器的作用原理图。

　　图1中:横坐标t表示时间,纵坐标Q表示瞬时流量。坐标上部阴影面积代表工作量器的累积体积,下部阴影面积为流过被检表的累积体积。设试验流量为Q,当被检表检定指针转到某一体积值时,外部光电采样器输出信号触发换向电磁阀,电磁阀从导通电源到气道换向、换向器气缸充气蓄能,耗去时间Δt1。之后换向器开始切换水流流向,经Δt2时间水流换向结束。在Δt2时间内,进入工作量器的流量由零流量上升至Q流量。此后,进入工作量器的水流呈稳流Q状态。经t3时间,被检表检定指针转到预定值,外部光电采样器输出信号再次触发换向电磁阀。电磁阀气道再次换向、气缸充气蓄能、耗去时间Δt4。紧接着换向器位移换向,经Δt5时间水流换向结束。在Δt5时间内,进入工作量器的流量由Q降至零流量。上述为机械式累积流量仪表目前普遍所采用的检定方法。由图1可知,被检表指示的累积体积Vm可表示为: