質(zhì)量流量計(jì)測量值空氣浮力修正方法探討

自20世紀(jì)80年代末以來,，科氏質(zhì)量流量計(jì)以直接測量介質(zhì)質(zhì)量的特點(diǎn)，得到了快速發(fā)展與普及,。經(jīng)過調(diào)查筆者發(fā)現(xiàn),，雖然大家已逐漸認(rèn)識到質(zhì)量流量計(jì)測量的是介質(zhì)“真空中的質(zhì)量”,，但大部分企業(yè)和單位還依然按照它直接測量的結(jié)果進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，而不進(jìn)行任何修正,，這是與我國貿(mào)易計(jì)量采用“空氣中的質(zhì)量”的規(guī)定相違背的,。這樣不僅直接導(dǎo)致買方的經(jīng)濟(jì)損失，有失計(jì)量公平,、公正的基本原則,，還可能導(dǎo)致賣方對于物料收率和平衡結(jié)果盲目樂觀。因此,，怎樣科學(xué)合理地將空氣浮力問題考慮到質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量過程中去,，是亟須研究和解決的實(shí)際問題。

    一,、質(zhì)量和重量

    1.質(zhì)量

    質(zhì)量是物體固有的一種物理屬性,，它既是物體慣性大小的量度，又是物體產(chǎn)生引力場和受引力場作用能力的量度,。

    2.重量

    重量是物體所受重力的大小,，物體的重力來自地球的引力和慣性離心力，是這兩個力的合力,。

    根據(jù)牛頓第二定律：W=mg （1）

    式中：W——物體的重量,，N；m——物體的質(zhì)量,，kg,；g——重力加速度，m/s²,。

    3.兩者之間的關(guān)系

    由式（1）可以看出,，物體的重力不僅和物體自身的質(zhì)量有關(guān)系，還和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān),。在目前的科學(xué)技術(shù)條件下,，物體質(zhì)量的測量都離不開重力的測量，通常說衡器測量的是物體的質(zhì)量,，這其實(shí)只是一個結(jié)果,，實(shí)際上在測量過程中是離不開力的作用的,，也就是說，質(zhì)量的測量一般情況下都是通過力的測量而間接得到的,。

    4.空氣中的重量和質(zhì)量

    “空氣中的重量”是指某一物體在空氣中受到的重力和所受到的空氣浮力的合力,。*，質(zhì)量是物體固有的一種物理屬性,，物體的質(zhì)量在任何地方,、任何環(huán)境條件下不應(yīng)該發(fā)生變化，那么“空氣中的質(zhì)量”又是怎么回事呢,？在實(shí)際貿(mào)易的質(zhì)量計(jì)量過程中,，測量物體“真空中的質(zhì)量”是一件非常難做到的事，既不經(jīng)濟(jì)也不科學(xué),，因此就引入了“空氣中的質(zhì)量”這一概念,，它的數(shù)值等于“空氣中的重量”與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎龋壳?，無論是上還是我國質(zhì)量貿(mào)易計(jì)量均采用此值進(jìn)行結(jié)算,。

    二、質(zhì)量流量計(jì)的檢定

    依據(jù)JJG897-1995《質(zhì)量流量計(jì)》檢定規(guī)程,，在采用稱量法檢定時其標(biāo)準(zhǔn)值MS按式（2）計(jì)算：

      （2）

    式中：M_I——檢定流量計(jì)時標(biāo)準(zhǔn)秤指示的介質(zhì)質(zhì)量,，kg,；ρ_e——介質(zhì)的密度,，kg/m³；ρ_a——大氣的密度,，kg/m³,；ρ_m——秤在檢定時所用標(biāo)準(zhǔn)砝碼的密度；kg/m³,；Ms——介質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量值,，kg。

    如果忽略砝碼所受到的空氣浮力,，可簡化為式（3）：

       （3）

    由于標(biāo)準(zhǔn)秤自身的誤差相對于要檢定的流量計(jì)的允許誤差是一個較小的量,，因此可以忽略。在此前提下,，式（2）的導(dǎo)出過程如下：

    在檢定流量計(jì)時,，標(biāo)準(zhǔn)秤在稱量介質(zhì)質(zhì)量時，實(shí)際質(zhì)量為M_S的介質(zhì)在空氣中對秤的作用力為假定此時標(biāo)準(zhǔn)秤的顯示值為MI,；在用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定秤時,，秤的指示值為MI（與檢定用標(biāo)準(zhǔn)砝碼折算質(zhì)量名義值一致）時，秤實(shí)際受到的力為因此滿足：

       （4）

    顯然,，經(jīng)整理可得式（2）,，如果忽略砝碼所受到的空氣浮力就可認(rèn)為： ,，經(jīng)整理即可得式（3）。

    從式（2）的推導(dǎo)過程中可以看出,，數(shù)據(jù)處理所用的標(biāo)準(zhǔn)值是標(biāo)準(zhǔn)秤所測介質(zhì)的真空質(zhì)量值,，也就是說，質(zhì)量流量計(jì)檢定結(jié)果給出的是它測量真空質(zhì)量時的誤差（準(zhǔn)確度）,。那么,，介質(zhì)的真空質(zhì)量值到底和空氣中的質(zhì)量有多大差別呢？其實(shí)它是和介質(zhì)的密度有直接關(guān)系的,，如表1所示,。

    從表1中可以看出，兩者之間相差還是相當(dāng)大的,，在密度為500kg/m³時相差達(dá)到-0.22%,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了買賣雙方可以接受的范圍。

    四,、解決途徑和方案

    1.流量計(jì)系數(shù)法

    在目前的檢定條件下,，建議采用的方法是依據(jù)介質(zhì)的實(shí)際情況，由用戶給出質(zhì)量流量計(jì)修正系數(shù),，實(shí)際結(jié)算量采用流量計(jì)的指示值乘以流量計(jì)系數(shù),，即

    Ma=K´Mc  （5）

    式中：Ma———介質(zhì)在空氣中的質(zhì)量，kg,；Mc——質(zhì)量流量計(jì)顯示值,，kg；K——流量計(jì)系數(shù),，無量綱,。

    系數(shù)K推導(dǎo)過程如下：

    依據(jù)“空氣中的質(zhì)量”的定義可知

    從式（7）可知，系數(shù)K是大氣的密度ρa和介質(zhì)的密度ρe的函數(shù),，為方便計(jì)量過程中大氣的密度ρa,，目前上采用1.1kg/m³；介質(zhì)的密度ρe可以根據(jù)實(shí)際情況制定或參照現(xiàn)場采樣和密度分析的具體方案,。在這里,，筆者推薦采用GB/T1884-2000《原油和液體石油產(chǎn)品密度實(shí)驗(yàn)室測定法》。

    2.理想解決方案   

（1）首先變質(zhì)量流量計(jì)測量真空的質(zhì)量為測量空氣中的質(zhì)量,，該階段由生產(chǎn)廠家來實(shí)現(xiàn),。科氏質(zhì)量流量計(jì)介質(zhì)的質(zhì)量和密度都是直接測量量,，而且密度的測量準(zhǔn)確度也非常高,，像羅斯蒙特的質(zhì)量流量計(jì)密度的測量可以到0.5kg/m³，空氣密度同樣設(shè)定為1.1kg/m³,，再通過運(yùn)算就可以將真空質(zhì)量的實(shí)時值輸出轉(zhuǎn)換為空氣中質(zhì)量的實(shí)時值輸出,。其內(nèi)部運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型按式（5）進(jìn)行設(shè)置,。

    （2）檢定標(biāo)準(zhǔn)值

    在質(zhì)量流量計(jì)改變測量模式的同時，檢定的標(biāo)準(zhǔn)值MS也要作相應(yīng)調(diào)整,，即將真空質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值變成空氣中質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值,，來保證與質(zhì)量流量計(jì)測量的“空氣中的質(zhì)量值”一致。計(jì)算公式推導(dǎo)如下：

    在已知標(biāo)準(zhǔn)秤指示值為MI的條件下,，介質(zhì)的真空質(zhì)量按式（2）進(jìn)行計(jì)算,，即

    依據(jù)定義，介質(zhì)在“空氣中的質(zhì)量”如下：

     （9）

    將式（2）代入式（9）,，得

     （10）

    整理得 （11）

    如果能實(shí)現(xiàn)上述理想方案,，不僅解決了質(zhì)量流量計(jì)測量值與貿(mào)易結(jié)算規(guī)定之間的矛盾，還真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)量的公平,、公正,，而且質(zhì)量流量計(jì)的使用也不會受檢定介質(zhì)和實(shí)際使用介質(zhì)不同而造成的誤差的影響。