一种标准玻璃浮子校准装置及校准方法与流程

本发明涉及计量测试，具体为一种标准玻璃浮子校准装置及校准方法。

背景技术：

1、标准玻璃浮子是液体密度量值传递与溯源体系中的核心计量标准器具，广泛应用于密度计、酒精计、糖量计等工作玻璃浮计的检定与校准工作，其量值准确性直接影响石油、化工、制药、食品等行业的贸易结算与产品质量控制精度。

2、目前，标准玻璃浮子的校准普遍依据jjf1709-2018《标准玻璃浮子校准规范》采用直接比较法：将一等标准密度计与被校准玻璃浮子同时浸入同一校准液体中，待二者稳定漂浮后，通过读取一等标准密度计示值并与被校准浮子示值比对，得到被校准浮子的示值修正值。具体操作中，需根据被校准浮子的密度范围，采用硫酸、酒精、乙醚等化学品与纯水配制对应密度的校准液，经反复调整达到目标密度后注入玻璃量筒，恒温至指定温度后放入标准密度计与被校准浮子，人工读取示值并计算修正值；校准不同密度点时需重新配制对应密度的校准液并重复全部操作。

3、上述直接比较法在实际应用中存在以下显著缺陷：

4、第一，校准液为危化品，安全风险高。校准液涉及强腐蚀性的硫酸以及易燃易爆的酒精、乙醚等危险化学品，在采购、存储、配制、使用及废液处置全流程均需严格的危化品管控，操作要求高、管理成本大，一旦发生泄漏或操作失误，易造成人身伤害与财产损失。

5、第二，配液过程繁琐，配制难度大。校准不同密度点的标准玻璃浮子时，需要配制不同密度的校准液。每次配液需根据目标密度精确计算各组分比例，通过反复添加、混合、测量、调整才能达到所需的密度值。配制过程耗时费力，对操作人员的经验和技能要求高。

6、第三，配液种类多，效率低下。标准玻璃浮子通常需要校准多个密度点，每个密度点需配制一种密度的校准液。完成全部浮子的校准往往需要配制数种乃至十数种不同密度的校准液，每更换一个密度点就需彻底清洗量筒和浮子、重新配液、重新恒温，校准效率极低。

7、第四，人工读数误差大。直接比较法依赖操作人员目视读取标准密度计与液面的交点位置。受操作人员视差、液面弯月面效应、光线条件等因素影响，读数重复性差，引入较大的人为误差。

8、第五，校准液稳定性差。配制好的校准液密度会随温度变化、溶剂挥发、组分沉降等因素而发生改变，长时间校准过程中，液体密度的漂移会直接影响校准结果的准确性。

9、为此，我们提出一种标准玻璃浮子校准装置及校准方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种标准玻璃浮子校准装置及校准方法，以解决上述背景技术中提出的现有直接比较法存在安全风险高、配液过程繁琐、配制难度大、配液种类多、效率低下、人工读数误差大以及校准液稳定性差问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种标准玻璃浮子校准装置，包括电子天平、恒温控温单元、浮子悬挂装置、抗浮架、温度测量装置以及数据采集与处理工控机；

3、电子天平称量标准玻璃浮子在空气中以及浸入工作液体后的表观质量；

4、恒温控温单元包括恒温槽与工作液体容器，工作液体容器置于恒温槽内部，盛放工作液体，恒温槽将工作液体温度稳定在校准标称温度；

5、浮子悬挂装置包括悬挂支架与精密吊丝，悬挂支架适配安装于电子天平的称量端，精密吊丝上端连接悬挂支架，精密吊丝下端悬挂被校准标准玻璃浮子；

6、温度测量装置包括铂电阻温度计，铂电阻温度计置于工作液体内部，实时采集工作液体的实际温度。

7、其中，抗浮架为可拆卸式结构，自身质量与体积经预先标定；

8、当被校准标准玻璃浮子的密度小于工作液体密度时，抗浮架装配于浮子上方，通过自身重力将浮子压入液面以下，确保浮子完全浸没于工作液体中。

9、其中，数据采集与处理工控机分别与电子天平、铂电阻温度计电性连接，采集质量称量数据与温度数据，基于阿基米德浮力原理计算浮子实际密度值与示值修正值，并输出校准结果。

10、其中，工作液体容器内的工作液体为正十三烷液体。

11、其中，吊丝直径不大于0.1mm，采用铂丝或尼龙丝材质。

12、其中，还包括环境气象监测器，环境气象监测器实时采集校准环境的大气压力、环境温度与湿度参数。

13、其中，还包括升降调节机构，升降调节机构与悬挂支架传动连接，升降调节机构控制浮子升降，实现浮子在空气称量位与液体浸没位之间的切换。

14、一种用于标准玻璃浮子密度值校准装置的校准方法，包括以下步骤：

15、s1校准准备：将工作液体注入工作液体容器并置于恒温槽中，启动恒温槽将工作液体温度稳定至校准标称温度；铂电阻温度计采集工作液体的实际温度，获取该温度下工作液体的标准密度值；

16、s2空气中称量：将清洗干燥后的被校准标准玻璃浮子通过吊丝悬挂于电子天平下方，使浮子悬空于空气中，待天平示值稳定后，读取浮子在空气中的质量以及空气密度，记录数据；

17、重复称量多次，取平均值作为空气中称量的最终结果；

18、s3浸没状态判断：对比被校准浮子的标称密度与工作液体密度，若浮子标称密度大于等于工作液体密度，直接执行步骤s4；若浮子标称密度小于工作液体密度，在浮子上装配预先标定的抗浮架，再执行步骤s4；

19、s4液体中称量：控制浮子下降并完全浸入工作液体中，待浮子稳定且表面无气泡后，读取浮子在工作液体中的质量以及此时的空气密度，重复称量多次，取平均值作为液体中称量的最终结果；

20、s5密度值计算：基于阿基米德浮力原理，结合空气中称量结果、液体中称量结果、工作液体密度、空气密度及浮子体膨胀系数，计算得到被校准浮子对应刻度的实际密度值，计算过程中引入空气浮力修正与温度修正；

21、s6修正值计算：将计算得到的实际密度值与浮子的标称密度值作差，得到该刻度点的示值修正值；

22、s7数据输出：汇总校准数据，完成测量不确定度评定，生成校准报告。

23、本发明至少具备以下有益效果：

24、1.安全性大幅提升：无需使用硫酸、酒精、乙醚等危化品，仅需使用正十三烷等低毒、安全的工作液体，彻底消除了危化品管理、存储、使用过程中的安全风险。

25、2.校准效率显著提高：无需配制各种密度的校准液，一种工作液体即可完成所有浮子密度点的校准，校准时间从数天缩短至数小时。

26、3.校准精度更高：采用高精度电子天平称量，避免了人工读数的视差误差；通过精密温度控制和严格的数据修正，校准结果的准确度和重复性均优于直接比较法。

27、4.操作简便：无需频繁更换校准液、无需反复清洗浮子和量筒，操作流程标准化程度高，对操作人员的经验要求低。

28、5.适用范围广：可覆盖各种密度范围的标准玻璃浮子，不受校准液密度范围的限制。对于密度远小于工作液体的浮子，通过抗浮架可将其完全浸入液体中，确保校准可行。

29、6.环境友好：不使用有机溶剂和腐蚀性化学品，不产生有害废液，符合绿色环保要求。