CN109211726B - 一种在线谐振式密度计校准装置 - Google Patents

Abstract

一种在线谐振式密度计校准装置,涉及在线密度计校准领域，被检密度计的两端分别与高压管路连接，高压管路上靠近被检密度计的一端依次设有第一温度表、第一压力表、第一阀门和循环泵；高压管路上靠近被检密度计的另一端依次设有第二温度表、第二压力表、第二阀门和三向旋塞阀；循环泵和三向旋塞阀之间设有恒温槽，三向旋塞阀的第一端与第二阀门连接，三向旋塞阀的第二端通过高压管路与恒温槽连通，三向旋塞阀的第三端通过高压管路依次连接有第三阀门和增压泵。本发明可独立依次标定出在线密度计的仪器系数、温度修正系数、压力修正系数和温度‑压力耦合影响补偿系数，且本发明面向对象较广，可用于校准多种在线谐振式密度计。

Description

一种在线谐振式密度计校准装置

技术领域

本发明涉及在线密度计校准领域，尤其涉及振动管、音叉等的一种在线谐振式密度计校准装置。

背景技术

按照使用场合，密度计分为离线密度计和在线密度计。离线密度计，如：玻璃浮计等在实验室内使用，而在线密度计是一种工作于现场的密度计，可用于工业现场中，与生产工艺主管路线或容器连接,进行流体密度连续测量，也可用于大宗液体物料贸易交接中，其种类较多，如：振动管密度计、音叉密度计、射线式密度计、浮子式密度计等。其中，由于振动管密度计具有结构简单、性能稳定、准确度高、测量密度范围宽且样品种类广等优点,往往被优先采用。不论何种密度计，随着使用时间的增加，其测量精度势必会逐渐下降，每隔一定时间周期对其进行校准有助于提升测量结果的准确性和可信性，从而更好地服务于生产生活。

对于在线振动管密度计的检定，我国制定有计量检定规程《JJG 370-2007在线振动管液体密度计》。其中给出了检定方法：首先在基准温度(如：20℃)和压力(如：一个标准大气压)条件下确定基本的仪器系数；然后在基准压力条件下，确定密度计的温度修正系数；最后在基准温度条件下，确定密度计的压力修正系数。标定仪器系数可有三种计量标准装置：玻璃密度计法标准装置、压力密度瓶法标准装置和标准液体密度计法标准装置。这三种装置分别以玻璃密度计、压力密度瓶和标准在线液体密度计作为标准器，利用恒温槽提供一定温度的液体，使用循环泵带动循环流动进行密度测量，并将采集到的标准器和实际测量的密度，振动周期数据拟合出仪器系数及温度压力修正系数。规程中涉及的计量标准装置仅用于标定仪器系数，在确定温度和压力修正系数时，还需要使用其他装置。整个检定过程较繁琐，耗时较长。

申请号为CN2011800084980的中国专利公开了校准振动管式密度计的方法，为克服温度-压力对密度计测量所带来的耦合影响，还应在组合变化的温度和压力条件下标定耦合影响的补偿系数，该专利侧重于一种校准方法的提出，且其包含的校准装置仅适用于特定振动管密度计。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种在线谐振式密度计校准装置，可用于校准多种在线谐振式密度计。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在线谐振式密度计校准装置，包括被检密度计，所述被检密度计的两端分别与高压管路连接，高压管路上靠近被检密度计的一端依次设有第一温度表、第一压力表、第一阀门和循环泵；高压管路上靠近被检密度计的另一端依次设有第二温度表、第二压力表、第二阀门和三向旋塞阀；循环泵和三向旋塞阀之间设有恒温槽，循环泵通过高压管路与恒温槽连通，三向旋塞阀的第一端与第二阀门连接，三向旋塞阀的第二端通过高压管路与恒温槽连通，三向旋塞阀的第三端通过高压管路依次连接有第三阀门和增压泵；第一温度表、第二温度表、第一压力表、第二压力表、恒温槽、增压泵和循环泵分别通过数据线与计算机连接以进行数据传输和指令控制。

所述在线谐振式密度计校准装置还包括保温罩，所述被检密度计、第一温度表和第二温度表罩于保温罩内。

所述在线谐振式密度计校准装置还包括支架，所述支架设有支腿和支撑座，支撑座设于支腿的一端，所述高压管路穿过支撑座。

当被检密度计为在线振动管密度计时，在线振动管密度计的两端分别通过法兰与高压管路直接连接。

当被检密度计为在线音叉密度计时，将在线音叉密度计置于校准用工装，且校准用工装的两端通过法兰与高压管路连接，所述校准用工装为倒T型结构。

对于能够输出振动周期的待检密度计，本发明通过对具有标准密度值的液体，逐一在特定温度和压力条件下进行被检密度计振动周期和密度的测量，根据公式使用最小二乘方法拟合获取被检密度计仪器系数、温度修正系数、压力修正系数及温度-压力耦合系数来完成校准。

对于仅有密度测量输出功能的待检密度计，本发明通过直接比对相同温度和压力条件下，液体的查表标准密度值和待检密度计的密度测量值完成校准。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明适用对象较广，可用于校准多种在线谐振式密度计的校准，包括在线振动管式密度计和在线音叉式密度计的校准。

2、本发明既可用于能同时输出振动周期和密度测量值的在线谐振式密度计的校准，也可用于仅输出密度测量值的在线谐振式密度计的校准。

3、本发明可独立依次标定出在线密度计的仪器系数、温度修正系数、压力修正系数和温度-压力耦合影响补偿系数。

4、本发明既可在液体呈静止状态时校准在线谐振式密度计，也可在液体呈运动状态时校准在线谐振式密度计。

附图说明

图1为在线振动管式密度计校准装置的组成示意图；

图2为在线音叉密度计校准装置的组成示意图。

附图说明：被检密度计1，第一温度表21，第二温度表22，第一压力表31，第二压力表32，支架4，第一阀门51，第二阀门52，第三阀门53，高压管路6，三向旋塞阀7，三向旋塞阀的端口71、72、73，恒温槽8，增压泵9，循环泵10，保温罩11，校准用工装12。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，分别为在线振动管式密度计校准装置和在线音叉密度计校准装置的示意图。

当被检密度计1为在线振动管密度计时，在线振动管密度计的两端分别通过法兰与高压管路6直接连接。

当被检密度计1为在线音叉密度计时，将在线音叉密度计置于校准用工装12，且校准用工装12的两端通过法兰与高压管路6连接。本实施例中，所述校准用工装12为倒T型结构。

参见图1～2，所述被检密度计1的两端分别与高压管路6连接，高压管路6上靠近被检密度计1的一端依次设有第一温度表21、第一压力表31、第一阀门51和循环泵10；高压管路6上靠近被检密度计1的另一端依次设有第二温度表22、第二压力表32、第二阀门52和三向旋塞阀7；循环泵10和三向旋塞阀7之间设有恒温槽8，循环泵10通过高压管路6与恒温槽8连通，三向旋塞阀7的端口71与第二阀门52连接，三向旋塞阀7的端口72通过高压管路6与恒温槽8连通，三向旋塞阀7的端口73通过高压管路6依次连接有第三阀门53和增压泵9；第一温度表21、第二温度表22、第一压力表31、第二压力表32、恒温槽8、增压泵9和循环泵10分别通过数据线与计算机连接以进行数据传输和指令控制。

本实施例还包括保温罩11和支架4；所述被检密度计1、第一温度表21和第二温度表22罩于保温罩11内；所述支架4设有支腿和支撑座，支撑座设于支腿的一端，所述高压管路6穿过支撑座。

对于能够输出振动周期的在线谐振式密度计的校准，本发明按照如下步骤进行：

1)校准前准备工作：

a)在被检密度计1实际工作密度范围内均匀选择5种不同密度的液体：纯水、无水酒精、

120^#溶剂汽油、25^#变压汽油和钨酸钠；

b)将被检密度计1安装妥当；

c)将待检密度计需清洗干净且能够正常工作；

d)将校准装置中的高压管路6等需清洗干净；

e)检查第一温度表21、第二温度表22、第一压力表31、第二压力表32、恒温槽8、增压泵9和循环泵10等设备工作是否正常。

2)标准状态下，仪器系数的确定：

a)打开三向旋塞阀7的端口71和72，关闭三向旋塞阀7的端口73，打开第一阀门51和第二阀门52，使用计算机控制恒温槽8将校准装置温度保持在20±0.1℃，并在一个标准大气压条件下，启动循环泵10使高压管路6内液体按照图1或图2中箭头方向循环流动，并使得校准用液体浸入被检密度计1，排除校准装置中所有气泡；

b)当被检密度计1显示仪表和第一温度表21与第二温度表22温度测量平均值均达到20±0.01℃时，测试开始，使用计算机记录第一温度表21和第二温度表22的示值，记录第一压力表31、第二压力表32的示值以及记录被检密度计1的温度、周期和密度示值；

c)对b)重复进行6次，使用计算机记录每一次第一温度表21和第二温度表22的示值，记录第一压力表31、第二压力表32的示值以及记录被检密度计1的温度、周期和密度示值；

d)用丙酮或乙醇反复清洗高压管路6，并用干燥的空气或氮气吹干，更换下一种校准用液体，重复a)～c)；

e)计算5种液体待检密度计的振动周期测量平均值

f)查表获取每一种校准用液体密度的标准值ρ_{i_std}(i＝1,…,5)；

g)根据在线密度计工作原理：ρ＝K₀+K₂T²或ρ＝K₀+K₁T+K₂T²，其中，K₀，K₁和K₂表示仪器系数，ρ表示液体密度标准值，T表示待检密度计振动周期测量值，将

和

代入，通过最小二乘法求解仪器系数。

3)温度系数修正公式的确定：

a)在一个标准大气压条件下，使用纯水作介质，在被检密度计1温度测量范围内均匀选取4个温度点，分别是：10℃，20℃,30℃，40℃；

b)打开三向旋塞阀7的端口71和72，关闭三向旋塞阀7的端口73，打开第一阀门51和第二阀门52，启动循环泵10使高压管路6内纯水按照图1或图2中箭头方向循环流动，并使得纯水浸入被检密度计1，排除校准装置中所有气泡；

c)由10℃到40℃，使用计算机控制恒温槽8达到相应温度点，在每个温度校准点使液体温度与被检密度计1的温度达到平衡，即第一温度表21、第二温度表22示值的平均值和显示仪表所显示的温度应一致，其差值应不超过0.1℃。当温度和周期稳定后，使用计算机记录第一温度表21、第二温度表22示值的平均值和被检密度计1的振动周期；

d)对c)重复6次，使用计算机记录每一次第一温度表21、第二温度表22示值的平均值和被检密度计1的振动周期；

e)由40℃到10℃，使用计算机控制恒温槽8达到相应温度点，重复c)～d)；

f)计算每个温度实验点被检密度计1的周期测量平均值

每个温度实验点第一温度表21和第二温度表22示值的温度平均值

g)将第2)步拟合出的K₀，K₁，K₂，以及

代入公式ρ＝K₀+K₂T²或ρ＝K₀+K₁T+K₂T²，计算出每个温度点下的纯水密度待修正值ρ_Tti(i＝1,…,4)；

h)查温度密度表，获取

所对应的纯水密度标准值ρ_i(i＝1,…,4)；

i)将4个温度点下温度测量平均值

纯水密度待修正值ρ_Tti(i＝1,…,4)和纯水密度标准值ρ_i(i＝1,…,4)代入公式ρ_t＝ρ[1+K₃(t-20)]+K₄(t-20)，其中ρ_t表示液体密度标准值，ρ表示液体密度待温度修正值，t表示温度实验点温度表2-1和2-2示值的温度平均值，并以最小二乘方法拟合出温度修正系数K₃和K₄；

4)压力系数修正公式的确定：

a)打开三向旋塞阀7的端口71和72，关闭三向旋塞阀7的端口73，打开第一阀门51和第二阀门52，启动循环泵10使高压管路6内纯水按照图1或图2中箭头方向循环流动，并使得纯水浸入被检密度计1，排除校准装置中所有气泡；

b)使用计算机控制恒温槽8使得液体温度达到20±0.1℃，并使用纯水作介质，在被检密度计1压力测量范围内均匀选取5个压力点，分别是：6MPa，7MPa，8MPa，9MPa，10MPa；

c)关闭恒温槽8和循环泵10，打开三向旋塞阀7的端口73和第三阀门53，关闭三向旋塞阀7的端口72和第一阀门51。由6MPa到10MPa，使用计算机控制增压泵9达到相应压力校准点，在每个压力点待周期稳定后，关闭第二阀门52，使用计算机记录被检密度计1的周期，压力和温度测量值；

d)对c)重复6次，使用计算机记录每一次被检密度计1的周期、压力和温度测量值；

e)由10MPa到6MPa，使用计算机控制增压泵9达到相应压力校准点，重复c)～d)；

f)计算每个压力实验点被检密度计1的周期测量平均值

压力测量平均值

温度测量平均值

g)将第2)步拟合出的K₀，K₁，K₂，周期测量平均值

代入公式ρ＝K₀+K₂T²或ρ＝K₀+K₁T+K₂T²，计算出每个压力点下的纯水密度待修正值ρ_Ttj(j＝1,…,5)；

h)查表纯水压缩系数F，获取标准大气压下密度ρ_t0和各压力点

下纯水密度标准值

i)将5个压力点下压力测量平均值

纯水密度待修正值ρ_Ttj(j＝1,…,5)和纯水密度标准值ρ_pj(j＝1,…,5)代入公式ρ_p＝ρ_t[1+K₅p]+K₆p，其中，ρ_p表示液体密度标准值，ρ_t表示液体密度待压力修正值，p表示压力测量平均值，并以最小二乘方法拟合出压力修正系数K₅和K₆。

5)温度-压力耦合影响补偿系数的确定：

针对余下3个温度点，分别是：10℃、30℃和40℃。使用纯水作介质，在被检密度计1压力测量范围内均匀选取5个压力点，分别是：6MPa、7MPa、8MPa、9MPa和10MPa，重复4)。下面以t_p＝40℃为例作说明：

a)打开三向旋塞阀7的端口71和72，关闭三向旋塞阀7的端口73，打开第一阀门51和第二阀门52，启动循环泵10使高压管路6内纯水按照图1或图2中箭头方向循环流动，并使得纯水浸入被检密度计1，排除校准装置中所有气泡；使用计算机控制恒温槽8使得液体温度达到40±0.1℃；

b)关闭恒温槽8和循环泵10，打开三向旋塞阀7的端口73和第三阀门53，关闭三向旋塞阀7的端口72和第一阀门51。由6MPa到10MPa，使用计算机控制增压泵9达到相应压力校准点，在每个压力点待周期稳定后，关闭第二阀门52，记录被检密度计1的周期、压力和温度测量值；

c)对b)重复6次，使用计算机记录每一次被检密度计1的周期、压力和温度测量值；

d)由10MPa到6MPa，使用计算机控制增压泵9达到相应压力校准点，重复b)～c)；

e)计算每个压力实验点被检密度计1的周期测量平均值

压力测量平均值

温度测量平均值

f)将第2)步拟合出的K₀，K₁，K₂，周期测量平均值

代入公式ρ＝K₀+K₂T²或ρ＝K₀+K₁T+K₂T²，然后将计算出的ρ代入公式ρ_t＝ρ[1+K₃(t-40)]+K₄(t-40)，最后将计算出的ρ_t代入公式ρ_p＝ρ_t[1+K₅p]+K₆p，得到40℃每个压力点下的纯水密度待修正值ρ_Tpj(j＝1,…,5)；

g)先查温度密度表，获取纯水在40℃时的密度，然后查表纯水压缩系数F，获取标准大气压下40℃密度ρ_t40和各压力点

下纯水密度标准值

h)将5个压力点下压力测量平均值

纯水密度待修正值ρ_Tpj(j＝1,…,5)和纯水密度标准值ρ_ptj(j＝1,…,5)代入公式ρ_pt＝ρ_p+K₇₄₀(t-40)p，其中，ρ_pt表示液体密度标准值，ρ_p表示液体密度待温度-压力耦合修正值，p表示压力测量平均值，t表示温度实验点第一温度表21、第二温度表22示值的温度平均值，并以最小二乘方法拟合出40℃温度-压力耦合修正系数K₇₄₀；

i)使用计算机控制恒温槽8到达温度点30℃，重复a)～h)，得到30℃温度-压力耦合修正系数K₇₃₀；

j)同理，使用计算机控制恒温槽8到达温度点10℃，重复a)～h)，得到10℃温度-压力耦合修正系数K₇₁₀；

k)最终的温度-压力耦合修正系数

6)校准完毕：

所有测试条件下的实验进行完毕后，关闭恒温槽8、增压泵9、循环泵10等设备及第一阀门51、第二阀门52和第三阀门53，取下被检密度计1并清洗干净。

Claims (6)

1.一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：包括被检密度计，所述被检密度计的两端分别与高压管路连接，高压管路上靠近被检密度计的一端依次设有第一温度表、第一压力表、第一阀门和循环泵；高压管路上靠近被检密度计的另一端依次设有第二温度表、第二压力表、第二阀门和三向旋塞阀；循环泵和三向旋塞阀之间设有恒温槽，循环泵通过高压管路与恒温槽连通，三向旋塞阀的第一端与第二阀门连接，三向旋塞阀的第二端通过高压管路与恒温槽连通，三向旋塞阀的第三端通过高压管路依次连接有第三阀门和增压泵；第一温度表、第二温度表、第一压力表、第二压力表、恒温槽、增压泵和循环泵分别通过数据线与计算机连接以进行数据传输和指令控制；所述被检密度计包括在线振动管密度计、在线音叉密度计。

2.如权利要求1所述的一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：还包括保温罩，所述被检密度计、第一温度表和第二温度表罩于保温罩内。

3.如权利要求1所述的一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：还包括支架，所述支架设有支腿和支撑座，支撑座设于支腿的一端，所述高压管路穿过支撑座。

4.如权利要求1所述的一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：当被检密度计为在线振动管密度计时，在线振动管密度计的两端分别通过法兰与高压管路直接连接。

5.如权利要求1所述的一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：当被检密度计为在线音叉密度计时，将在线音叉密度计置于校准用工装，且校准用工装的两端通过法兰与高压管路连接。

6.如权利要求5所述的一种在线谐振式密度计校准装置，其特征在于：所述校准用工装为倒T型结构。

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