气体流量标准装置钟罩外径测量方法的研究

　　1　引　言

　　钟罩式气体流量标准装置是以空气为介质,对气体流量计进行检定、测试的计量标准设备。根据国家计量检定规程JJG165-2005,标定钟罩可以采用容积法或几何测量法。由于几何测量法设备易于移动,操作简单,目前在我国得到了广泛的应用。用几何测量法检定钟罩时,钟罩容积V的计算公式为:

　　由式(1)可知:需要测量的量有钟罩上下挡片之间的距离HSC、钟罩的外横截面积A、标尺在上下挡片之间的体积VSC以及钟罩下降后排开密封油的部分体积VT。如图1所示。

　　其中,A的值是通过测量钟罩的外径d值得到的。而测量外径产生的不确定度是测量结果的不确定度的最主要来源,所以有必要对其进行研究。本工作以容积为100L的钟罩为研究对象,应用π尺法、激光跟踪法和外径千分尺法分别对钟罩不同截面上的外径进行了测量。

　　2　钟罩外径测量的实验研究

　　2.1　π尺法

　　π尺是可以直接测量圆柱(或圆筒)外径的钢制卷尺,其最大允许误差是0.05mm。其刻度已换算成被测圆周的直径值,并将尺的厚度对测量结果的影响进行了修正。

　　用π尺在钟罩的不同的10个横截面测量外径所得的结果如表1。

　　其测量不确定度计算如下:

　　2.2　激光跟踪仪法

　　通过激光跟踪仪测定位置固定的钟罩罩体在空间坐标系中的坐标,利用所得的空间坐标进行曲线的拟合,最后根据拟合曲线的形状求出钟罩的外径值,这是激光跟踪仪测量钟罩体积的基本原理。不同的横截面外径的测量结果如表2。

　　其测量不确定度计算如下:

　　2.3　外径千分尺法

　　为了使测量的结果与π尺的测量结果有可对比性,并且得到足够多的实验数据,因此用外径千分尺对钟罩的10个截面进行测量,每个截面均以30°角度为间隔进行多次的测量。外径千分尺的最大允许误差为0.05mm。不同的横截面外径的测量结果如表3。

　　2.4　其它影响因素的分析

　　在钟罩外径d的测量过程中,除了对A、B类的不确定度的评价,还有一些因素影响了标定的准确性,下面对这些因素做一些实验及分析。

　　2.4.1　拉力的影响

　　在用π尺测量钟罩的外径时,用大小不同力拉紧π尺,可能会得到不同的结果,为了估计其影响量,对π尺进行不同拉力的拉伸实验,结果如表4。

　　2.4.2　形状的影响

　　假设钟罩的半径为R的外圆有些变形,成为长轴为2a,短轴为2b的椭圆,则椭圆的周长P为: