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国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术

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设计和验证一个自动摘要校准系统

M.H.穆罕默德1,硕士Bayoumi2Alaaeldin a Eltawil1,a . e . Abuelezz3
  1. 部门的质量、密度和压力,国家标准,埃及吉萨金字塔
  2. 部门的工作。工程、工学院、埃及开罗爱资哈尔大学
  3. &材料计量部门的力量,国家标准,埃及吉萨金字塔
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文摘

液体密度测量是一个重要的活动在许多实验室。摘要通常是用来测量液体的密度范围从600公斤/立方米1850 kg / m3。为目的的计量可追溯性摘要与国际参考标准密度标定系统设计,构建国家研究所和验证标准,NIS,埃及。系统覆盖范围从500公斤/立方米2000 kg / m3。系统自动操作的目的使用水压测试和校准称重(Cuckow的方法)。液体蒸馏水作为参考。有限元分析使用3 d(有限元分析)软件被用来检查压力、变形、刚度、稳定性,优化系统的设计。激光光源和两个线性编码器用于标准液面位置的校准过程中液体比重计刻度标记。规模对准确测量标志的位置,图像处理技术结合高分辨率CCD相机捕捉阅读进行校准时使用。实验室视图项目旨在处理读取测量仪器在一个完全自动化的模式。 The calibration results present an expanded uncertainty (with a coverage factor of k= 2) less than 100 ppm. The apparatus’s performance has been validated by comparing the output results of the system versus Laboratoire National de Metrologie et d’Essais “LNE” calibration certificates of 3 standard hydrometers.

关键字
液体密度、摘要校准,Cuckow方法,静压权重体系

介绍
比重计是玻璃仪器组成的灯泡质量在其底部,延长干的小直径,规模的数据标记[1],如图1所示。比重计的操作原则操作是基于阿基米德原理[2],固体悬浮在流体将提振了力等于液体的重量而流离失所的水下悬浮体的一部分。除了结构简单的摘要其校准需要很多努力,通常使用两种方法。比较法和Cuckow的方法。埃及国家标准研究所(NIS)现在的摘要提供校准服务范围从600公斤/立方米1850 kg / m3。校准摘要作为工作标准校准客户的摘要和成千上万的摘要用于提供可追溯性密度测量在蒸馏,石油、化工、乳制品行业。目前,NIS工作标准摘要已经校准Laboratoire国家de Metrologie et d 'Essais而言,法国[3]。NIS为客户执行校准摘要比较方法[4]使用一些液体。混合的液体达到任意点校准位于比重计。混合过程是困难和风险尤其是在上述范围蒸馏水。除了个人错误,在校准过程中环境温度改变,周围的半月板出现的干细胞而被测试的标准和摘要浮在液体自由浮动,一组脆弱,易碎物品标准摘要用来进行比较法对被测试的摘要。 As a consequence of the stated previous reasons, calibrations cannot be made exactly at any calibration point located at the hydrometer stem and large uncertainties of measurements are reached. A method in which only one liquid covers the whole calibration range from 500 kg/m3 to 2000 kg/m3 was developed initially at the NPL, UK [5] and suitably adapted by us in India. My colleagues, at the NPL, India, developed an open-scale hydrometer with a very small range but with a scale interval of 0.01 kg/m3 and also designed and fabricated a thermostatic bath. The bath was examined for constancy and uniformity of temperature, throughout the working space. The hydrometer is calibrated by submerging it to the required level and finding its apparent mass in the liquid. The density of the liquid is simultaneously determined with the help of the open-scale hydrometer .To get rid of these problems a fully automated hydrostatic weighing system working in the range from 500 kg/m3 up to 2000 kg/m3 is design and constructed for the calibration of hydrometers via Cuckow’s method [5-8].
图像

建筑设计的比重计校准系统
图2显示了系统设计NIS-Egypt摘要校准。系统包括的主要内阁(1)携带高灵敏度电子数字平衡(2)和最大容量2300 g和分辨率0.1毫克。液体温度控制器(3),商用用于控制水套的温度稳定性优于±0.05°K
图像
图3显示了机械升降(4)被设计为刚性足以携带重达电池是由两个同轴圆柱体(5)在水套之间。
图4显示了一个系统环境条件的测量由气压计(6)与分辨率0.1 Pa测量大气压力和温湿表(7)相对湿度与温度分辨率0.001ºC,分辨率为0.01%。这个系统需要空气密度计算[9 - 11]称重的时候比重计在空中,而数字温度指示器(8)与支撑传感器装PT100测量参考液体的温度分辨率0.001ºC。
图5显示了一个激光光源(9)固定在上下运动的机械升降通过控制电机和两个线性编码器位置校准点的液面和CCD相机(10)决议(1600 h×1200 v)固定在同一机械升降的激光光源和垂直方向。成像处理技术[12]是用来表示规模是校准。
图像

液体比重计刻度系统的验证
验证已经完成,通过比较3标准的校准结果摘要,校准和认证而言,法国与校准结果相同的摘要,获得使用HCS-NIS校准系统,构造基于Cuckow的方法。
CUCKOW的方法
Cuckow派生一个校准实验室的方法来确定密度ρL由给定的规模在比重计。液体比重计的力平衡方程写三个条件[13]:
1。当自由浮动在不明的液体密度(ρL),
2。当在空气和体重
3所示。当重而沉浸与例1相同的水平,但在一个已知密度的液体。
同时通过求解三个方程,可以推出一个ρL方程:
图像
当校准液体比重计用于液体密度小于标准液,添加一个不锈钢重量下沉比重计。已知的质量和体积的重量是一枚戒指放在干,放在顶部的灯泡。这是淹没在标准液体比重计刻度方程(1)。
在哪里
ρL:蒸馏水的密度,
β:体积热膨胀系数的玻璃液体比重计,
TT:蒸馏水的温度,
T0:参考温度,
ρa2:当时的空气密度液体比重计在空气中,重
α:平衡校正系数,
O2:平衡阅读比重计称重的空气,
D:直径比重计茎的刻度校准,
γL:蒸馏水的表面张力,
θL:接触雷竞技网页版角的蒸馏水比重计,
旅客:当地的重力加速度,
O3:输出流体静力学的平衡重,
γT:蒸馏水的表面张力,
θT:接触雷竞技网页版角的蒸馏水比重计,
女士:不锈钢的质量重量添加到水槽比重计,
Vs:不锈钢的体积重量,
βs:不锈钢重量体积热膨胀系数。
计算特定液体比重计修正测试下。A和B的值输出校准。
图像
b。测量和结果
这三个标准的摘要,A6,第A17 A43,用于验证过程的研究,都是精心挑选,这样比较不同覆盖密度的各种新建校准系统。结果以及认证结果而言,表1中给出的密度范围0.700 - 0.720克/立方厘米(A6),表2为密度范围0.897 - 0.917克/立方厘米(第A17)和表3的密度范围1.494 - 1.524克/立方厘米(A43)。
表1显示了校准结果(0.707,0.711和0.715克/立方厘米)之间的校准点(而言)和液体比重计A6 (HCSNIS)。最大的扩展不确定度为3.0×纯(HCS-NIS),它是相同的(而言)。之间的最大差异修正(HCS-NIS)和(而言)是(-0.000007克/立方厘米)校准点(0.711克/立方厘米)
图像
表2显示了校准结果(0.904,0.908和0.912克/立方厘米)之间的校准点(而言)和(HCSNIS)第A17比重计。最大的扩展不确定度为3.0×纯(HCS-NIS),它是相同的(而言)。之间的最大差异修正(HCS-NIS)和(而言)是(0.000008克/立方厘米)校准点(0.912克/立方厘米)。
图像
表3显示的校准结果(1.496,1.509和1.522克/立方厘米)之间的校准点(而言)和液体比重计A43 (HCSNIS)。这个赛季的最大扩展不确定度为5.5×10 (HCS-NIS)和最大的扩展不确定度为4.0×纯(而言)。之间的最大差异修正(HCS-NIS)和(而言)是(0.000008克/立方厘米)校准点(1.509克/立方厘米)。
图像

验证结果之间(HCS-NIS)和(而言)
从HCS-NIS验证获得的结果,与之前的结果而言,已经实施。归一化的公式错误(En-value)是使用[14]
图像
地点:
值(实验室):参与实验室报告的价值;
值(Ref):是测量的参考价值;
U(实验室)95:参与实验室报告的不确定性;
U (Ref) 95:参考价值的不确定性
结果判断:
1≤En≤1令人满意或En > 1或En < 1是令人不满意的
比较的密度测量的范围。之间的相对误差HCS-NIS而言,并不是0.019%以上。用方程(5)归一化误差(En)的测量值是0.17,0.11和0.26的摘要A6,分别第A17和A43。从这种比较校准证书,HCS-NIS验证和校准测量密度范围从500公斤/立方米的摘要2000 kg / m3。

结论
一个完全自动化的比重计在埃及(NIS)校准系统,设计,建造和验证目的用于液体密度测量和摘要校准范围从500公斤/立方米2000 kg / m3。已经验证了装置的性能比较输出结果相对而言的校准证书。校准的结果提供了一个扩展不确定度(K = 2)低于100 ppm。

引用
  1. 约翰•D.Wright V。摘要E,“NIST校准服务”,特殊的出版,2008年
  2. 斯托特V和E邓斯坦“摘要、科学的石油”,(伦敦、牛津大学出版社),3卷,页2322 - 1938
  3. Rolande Aguirre”,校准证书”而言,法国,数字从:F031808 / 26 F031808 / 40, 2006
  4. 美国诉Gupta,“实际密度测量和液体比重测定法”系列测量科技、眼压出版,第195 - 183页,2002年
  5. Lorefice年代,Heinonen M和Madec T”双边比较IMGC-LNE IMGC-MIKES”之间的液体比重计刻度,Metrologia, 37卷,PP.141 7日,2000年
  6. y . j . Lee, k . h . Chang j . c .分和c . y .哦,“自动校准对齐方法摘要”,Metrologia, 41卷,2004年。
  7. 萨尔瓦多Lorefice和安德里亚·Malengo摘要“校准”,量。科学。抛光工艺,17卷,第2566 - 2560页,2006年
  8. f·w·Cuckow”,一种新的高精度的标定方法参考标准摘要”,J.S.C.我,1949年。
  9. 皮卡德,R S戴维斯,mg¨激光器和K藤井裕久“修订公式湿空气的密度(cipm - 2007)”, Metrologia, 45岁,149 - 155年,2008页。
  10. 皮卡德和方H,”三种方法确定湿空气的密度在质量比较,Metrologia, 39 31-40, 2002页
  11. 皮卡德和方H”方法来确定湿空气的密度”,IEEE。反式。Instrum。量,52卷,页504 - 2003
  12. s . Lorefice a . Malengo“摘要的图像处理方法校准”,Metrologia, 41岁,2004年
  13. 耶稣·阿奎莱拉,约翰•D赖特和弗恩E豆”比重计校准通过液压称重自动化液体表面定位”,眼压出版、卷。19日,2008年
  14. Ilya Kuselman和啤酒Fajgelj关键计量问题能力testing-response计量compatibility-a关键问题在未来认证”,施普林格,2011年。