液体流量标准装置中的密度测量

按照装置使用的标准器类型，液体流量标准装置分为质量法液体流量标准装置和容积法液体流量标准装置两大类，对应的装置给出的标准流量也分为体积流量和质量流量两种。
实际使用中的流量计也分为测量液体体积流量的流量计，如差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计等，和直接测量液体质量流量的质量流量计两大类。因此，在使用液体流量标准装置检定流量计时就存在一个装置给出流量类型与流量计测量的流量类型对应的问题。
当然，理想的情况是使用以标准容器为标准器，给出流量为标准体积流量的液体流量标准装置检定测量液体体积流量的流量计，使用以标准量器为标准器，给出流量为标准质量流量的液体流量标准装置检定测量液体质量流量的流量计。
对大多数单位而言，只可能建立一套液体流量标准装置，其符合标准器类型的给出流量的扩展不确定度US（k=2）一般为（0.05～0.2）%。要想使用这套标准装置检定测量流量类型与标准器类型不符的流量计，就需要同时测量介质密度进行换算：

（1）

（2）
式中：
Qm        ——        累积质量流量；
QV        ——        累积体积流量；
ρ        ——        介质密度。
此时装置的给出流量的不确定度中就应该考虑密度测量不确定度uρ的影响。在不同介质、不同形式的液体流量标准装置中，习惯使用的液体密度测量方法和设备也有所不同，其带来的密度测量不确定度也不尽相同。
1.在以柴油、润滑油等油品为介质的液体流量标准装置中通常使用二等标准密度计或在线密度计等设备测量介质密度。
1.1二等标准密度计一般在方便取样的液体流量标准装置中使用。使用时需要在检定操作前后分别取管道中的油品样品，迅速测量样品密度ρt1，2，避免油品挥发带来的影响，同时测量油品温度T1，2。查GB/T1885-1998《石油计量表》，将油品密度换算成标准温度T0（T0=20℃）下的密度ρ201，2，取两者的平均值作为油品的密度ρ20。
如果装置标准器给出的流量是累积体积流量QV，还要同时测量检定时介质的温度T3，根据GB/T1885-1998中提供的方法计算T0（T0=20℃）下的标准累积体积流量QV20。
根据式（1）计算装置给出的累积质量流量Qm。Qm的相对标准不确定度根据下式计算：

（3）
式中：
uQm        ——        累积质量流量的相对标准不确定度；
uQV20        ——        装置给出标准累积体积流量的相对标准不确定度；
uρ        ——        密度测量的相对标准不确定度，对于二等标准密度计为0.05%。
如果装置标准器给出的流量是累积质量流量Qm，根据式（2）计算装置给出的标准累积体积流量QV20。QV20的相对标准不确定度根据下式计算：

（3）
式中：
uQm        ——        累积质量流量的相对标准不确定度；
uQV20        ——        装置给出标准累积体积流量的相对标准不确定度；
uρ        ——        密度测量的相对标准不确定度，对于二等标准密度计为0.05%。
1.2在线密度计通常在不易取样的封闭的液体流量标准装置中使用，如体积管流量标准装置。在这些装置中，由于流量检定操作与密度测量基本同时进行，流量标准器处的介质温度、压力与密度计处的介质温度、压力差异不大，因此，对于标准器给出的流量是累积体积流量的装置，可以直接通过标准器给出的累积体积流量QV和在线密度计测量的介质密度ρt，利用式（1）计算装置给出的累积质量流量Qm。
Qm的相对标准不确定度通过式（5）计算：

（5）
式中：
uQm        ——        累积质量流量的相对标准不确定度；
uQV        ——        装置给出累积体积流量的相对标准不确定度；
uρt        ——        密度测量的相对标准不确定度，对于在线密度计为（0.01～0.02）%。
如果标准器给出的流量是累积质量流量，还需要测量检定时的介质温度T，通过式（2）计算温度T下装置给出的累积体积流量QV，再利用GB/T1885-1998中提供的方法将QV换算成T0 （T0=20℃）下的标准累积体积流量QV20。
QV20的相对标准不确定度通过式（6）计算：

（6）
式中：
uQm        ——        累积质量流量的相对标准不确定度；
uQV        ——        装置给出累积体积流量的相对标准不确定度；
uρt        ——        密度测量的相对标准不确定度，对于在线密度计为（0.01～0.02）%；
uQV20        ——        装置给出的标准累积体积流量的相对标准不确定度。
1.3以给出累积体积流量相对扩展不确定度UV=0.05%的体积管流量标准装置为例，其给出的累积质量流量的相对扩展不确定度如表1所示。
表1  密度计的选用对液体流量标准装置的影响
        二等标准密度计        在线密度计        SY02石油密度计
uρt（%）        0.05        0.01        0.02
uQm（%）        0.0559        0.0027        0.0320
UQm（k=2）（%）        0.1118        0.0054        0.0640
其中：
uQm        ——        装置给出的累积质量流量的相对标准不确定度；
UQm        ——        装置给出的累积质量流量的相对扩展不确定度；
uρt        ——        密度测量的相对标准不确定度。
可见，密度计的选择对体积管流量标准装置给出的累积质量流量的不确定度影响很大，使用二等标准密度计和在线密度计相比装置给出的累积质量流量不确定度相差超过一个等级。
因此，建议在有条件的情况下尽量选择在线密度计的方法测量介质密度，如果没有条件使用在线密度计，也建议使用SY02石油密度计代替二等标准密度计。
2.在以水为介质的液体流量标准装置中，目前常用的方法是测量检定时的水温，通过查纯水密度表获得水的密度。
在实际液体流量标准装置工作时，不可能一直使用纯水进行检定操作，标准装置实际用水的密度与查纯水密度表获得的水密度存在很大的差异，会引起流量数值产生偏差