正交試驗在優(yōu)化氣體容積式流量計檢定條件中應用

0 引言

氣體容積式流量計是一種記錄一段時(shí)間內流過(guò)流體總量的累積式流量?jì)x表。當流體流過(guò)流量計時(shí)，內部機械運動(dòng)件在流體動(dòng)力作用下，把流體分割成單個(gè)已知回轉體積，進(jìn)行重復不斷地充滿(mǎn)和排空，并通過(guò)機械或電子測量技術(shù)記錄其循環(huán)次數，得到流體的累積流量。容積式流量計在流量測量方面較準確，計量性能較穩定，其準確度等級達到0.2級，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、能源計量、民生計量等領(lǐng)域。但影響容積式氣體流量計檢定的因素較多，特別是高準確度流量計對檢定條件要求更加嚴格，如何確定最優(yōu)檢定條件尤為重要。

正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法，是分析因式設計的主要方法。它根據正交性從全面試驗中選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗，這些有代表性的點(diǎn)具備“均勻分散、齊整可比”的特點(diǎn)。本文采用正交試驗法分析檢定過(guò)程的主要影響因素，確定各因素對示值誤差影響的主次順序，找出相對最優(yōu)的檢定條件。

1 檢定條件及優(yōu)化綜合指標

本實(shí)驗對某品牌氣體容積式流量計在80m³/h時(shí)的相對最優(yōu)檢定條件優(yōu)化。圖1為氣體容積式流量計檢定實(shí)物圖。該實(shí)驗采用音速?lài)娮鞖怏w流量標準裝置（Urel=0.25%）作為標準器，檢定對象為某品牌標稱(chēng)準確度為1級的容積式氣體流量計（DN=50mm）。把被檢流量計安裝在音速?lài)娮鞖怏w流量標準裝置對應口徑的管道上，通過(guò)改變檢定條件，進(jìn)行測試并得到相應的示值誤差。

在檢定過(guò)程中，示值誤差影響因素主要有溫度、濕度、同軸度和取壓方式。由于大氣壓力在同一個(gè)地方短時(shí)內變化不大，在此次試驗中不作分析。試驗在同一流量點(diǎn)（80m³/h）進(jìn)行，通過(guò)改變溫度、濕度、同軸度和取壓方式，取得最小測量誤差，確定相對最優(yōu)的檢定條件。檢定試驗條件參數如表1所示。

1-音速?lài)娮焓綒怏w流量標準裝置    2-被檢氣體容積式流量計

圖1 氣體容積式流量計檢定實(shí)物圖

試驗過(guò)程中，每組參數條件下，進(jìn)行3次重復試驗，并取3次測量平均值作為該組條件下的測量結果，然后以示值誤差為指標，通過(guò)正交試驗確定相對最優(yōu)檢定條件以獲得最小示值誤差。

2 試驗設計與分析

分別用A、B、C、D表示溫度、濕度、同軸度、取壓方式4個(gè)主要因素，每個(gè)因素有3個(gè)水平。用1、2、3表示因素水平，如表1所示，采用L₉（3⁴）正交表安排試驗，如表2所示。

表1 因素水平表

表2 試驗方案（L₉（3⁴））

表3、表4分別為各次試驗結果以及各因素對示值誤差的影響數據分析表。表4中K₁、K₂、K₃為各因素同一水平試驗結果之和；W₁、W₂、W₃為各因素水平的效應，極差R_j為Max（W_j）－Min（W_j）的差值（j=1，2，3）。極差R_j越大，說(shuō)明該因素對示值誤差影響程度越大。

表3 正交試驗結果

表4 正交試驗結果分析表

3 結論

由表4得到因素主次順序為取壓方式（因素D）>溫度（因素A）>濕度（因素B）>同軸度（因素C），同時(shí)根據各因素各水平的平均值確定優(yōu)水平，進(jìn)而選出優(yōu)組合，按照平均值大小選取優(yōu)水平為D₃A₃B₃C₁。即最佳檢定條件為表前取壓，溫度（24~26）℃，濕度（90~100）%RH，同軸度0mm。效益曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 效益曲線(xiàn)圖

此條件的試驗在正交表中的9次試驗中并未出現，通過(guò)做補充試驗，得到示值誤差為0.13%，小于正交試驗設計中的最小值0.19%，說(shuō)明利用正交試驗優(yōu)化氣體容積式流量計檢定條件的試驗是可行的。由于此次實(shí)驗的對象是某品牌某型號的氣體容積式流量計，具有一定的局限性，其他類(lèi)型氣體流量計的檢定條件優(yōu)化可參考使用。