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【摘要】 电子密度计在稳定有效的测量过程才能保证实验结果的可靠性和可重复性。本文根据电子密度计的结构和工作原理，为保证仪器工作可靠而制定的校准方法。
【关键词】 电子密度计;测量;校准方法
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.019
Discussion on the Calibration Method of Electronic Densitometers
LI Jian，CHE Da
（FuShun Research Institute of Technology and Innovation，FuShun 113006，China）
Abstract： Electronic Densitometers must be in a stable and effective measurement process to ensure the reliability and repeatability of the experimental results. According to the structure and working principle of Electronic Densitometers，the calibration method is formulated to ensure the reliable operation of the instrument.
Key words： electronic densitometers;measuring;calibration method
1 電子密度计的结构与工作原理
电子密度计是基于阿基米德原理，通过浮力与密度计算公式的推导与变换形成等式，利用其称重功能称出产品重量，通过特殊装置测量出产品在水中所受到的重量，在显示仪表上直接读取密度值。
电子密度计主要由主机、水槽、测量架以及标准配件等四大部分组成。电子密度计主机组成部分有外壳、显示屏、电路板和传感器。水槽是专门针对固体密度的测试（液体是测量杯）。测量架安装在水槽中，架结构上包含水中吊栏（测试液体的测量架只需放置板铁杆和挂钩）。标准配件有镊子、温度计、砝码、防风罩、测颗粒配件、测浮体配件等。
2 电子密度计的主要计量特征
按照国家量值溯源和传递系统的要求，电子密度计的主要计量特征有二项：1）示值误差;2）重复性。
3 校准电子密度计的主要测量设备
3.1 标准密度计组
测量范围650～2000 kg/m3，分度值0.2 kg/m3。
3.2 温度计
测量范围0～50 ℃，分度值0.1。
3.3 电子天平
最大称量不小于200 g，分辨力为0.01 g。
3.4 外径千分尺
测量范围为0～25 mm，分度值为0.001 mm。
3.5 校准液体
石油产品混合液测量范围为650～800 kg/m3;精水溶液测量范围为810～950 kg/m3;硫酸氢乙酯测量范围为960～1830 kg/m3。
4 环境影响
室温控制为（20±5） °C，室温与液温之差不能超过5 °C，相对湿度不应大于85%。室内要避免气流，尽量避免阳光直射，远离震源及电磁干扰，以免带来较大误差。
5 电子密度计的校准方法
5.1 校准前准备
校准前要将标准密度计、校准用样品等洗净干燥，玻璃仪器内壁应不挂水珠。被校电子密度计液体槽清洗干净，注入纯水，观察电子密度计水平泡，将电子密度计调平。开机后要预热5分钟，确保电子密度计稳定。仪器有自交砝码的，按照说明说要求对仪器称量部分进行自校。
5.2 校准方法
测量范围内应选取3个校准点。选取的校准样品应与校准液体的测量范围相适应。将校准样品放入校准液体中，不得与任何物体相接触，待校准样品稳定后，等待10分钟，校准样品如悬浮于液体中，用标准密度计测量液体，读取标准密度计示值ρ并记录液体温度。校准样品如没有悬浮液体中，需重新选择合适的校准液体。在校准期间要监控液体温度变化，液体温度波动幅度不应超过0.5 °C，否则重新测量。
将测量后的校准样品从液体中取出清洗并擦拭干净，放入电子密度计测量台，待稳定仪器显示校准样品质量。再将校准样品放入水中吊篮台（校准样品必须完全浸没在水中，且确保所校准样品表面没有气泡），待稳定仪器显示校准样品在水中的质量。将校准样品从水中取出，再次称重。按照仪器说明书操作仪器，在显示仪表上可读取样品密度测量值。
1）示值误差试验
将校准样品置于校准液体中，用标准密度计测出密度值[ρi]，再将校准样品放在被校准电子密度计测量台，测出密度值[ρi]。单次示值误差为被校准电子密度计显示值与标准密度计示值之差，重复做3次，取平均值作为测量点的示值误差[△ρ]。按[△ρ=i=13ρi-ρi3]进行计算。式中：[ρi]单次标准密度计示值（修正后值），kg/m3;[ρi]单次电子密度计测量值，kg/m3;[△ρ]示值误差指标，kg/m3。
试验中，当液体温度与标准温度20 °C不同时，应对标准密度计示值进行温度修正，温度修正值[△ρt]，g/cm3。按[△ρt=ρtβ（20-t）]进行计算。式中：[ρt]为标准密度计t温度下的示值，kg/m3;β为标准密度计的体膨胀系数（通常为25×10-6 °C-1）;t校准液体温度，°C。当使用的校准液体与标准密度计工作用液不一致时，应对标准密度计进行毛细常数修正，毛细常数修正值[△ρα]，g/cm3。按[△ρα=（α2-α1）πDρ2m]进行计算。式中：[α1]液体的毛细常数，mm2;[α2]标准密度计工作用液的毛细常数，mm2;D标准密度计干管的平均直径，mm;m密度标准及的质量，mg;ρ液体密度，g/cm3;π圆周率，取3.14。修正后的[ρi=ρt+△ρα+△ρt+△ρb]。式中：[△ρb]为标准密度计修正值。
2）重复性试验
在测量示值误差试验中，单次测量中示值误差的最大值[△ρmax]和示值误差的最小值[△ρmin]，用公式[△ρmax-△ρmin]求之差，取3次测量中最大差值Sρ，Sρ为电子密度计的重复性指标。
6 注意事项
1）使用电子密度计前，应认真阅读技术说明书，要熟悉技术指标、工作性能、使用方法及注意事项，严格遵照使用说明书的规定步骤进行操作。
2）电子密度计在通电前，应确保供电系统稳定，供电电压符合电子密度计规定输入的电压值。如果电子密度计配有三线电源插头必须插入带有保护接地供电插座中，保证安全。
3）要经常对电子密度计进行保养与维护，存放在干燥通风处，避免灰尘与水渗透到电子密度计的内部。待用时间过长，应定期通电开机，防止潮霉损坏设备及其零部件。切勿使用有机溶剂擦拭。
7 结语
电子密度计的校准方法科学合理，各项指标评价结果基本符合仪器的设计性能及实际测量工作要求。
【参考文献】
[1] 綦心，陶成，滕飞.电子密度仪检测方法的研究[J].计量技术，2020（7）：43-44.
[2] 李兴华.密度计量[M].北京：中国计量出版社，2002.
【作者简介】
李健（1975-），男，高级工程师，硕士，研究方向为医疗计量。
车达（1988-），男，工程师，学士，研究方向为化学计量。
【关键词】 电子密度计;测量;校准方法
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.019
Discussion on the Calibration Method of Electronic Densitometers
LI Jian，CHE Da
（FuShun Research Institute of Technology and Innovation，FuShun 113006，China）
Abstract： Electronic Densitometers must be in a stable and effective measurement process to ensure the reliability and repeatability of the experimental results. According to the structure and working principle of Electronic Densitometers，the calibration method is formulated to ensure the reliable operation of the instrument.
Key words： electronic densitometers;measuring;calibration method
1 電子密度计的结构与工作原理
电子密度计是基于阿基米德原理，通过浮力与密度计算公式的推导与变换形成等式，利用其称重功能称出产品重量，通过特殊装置测量出产品在水中所受到的重量，在显示仪表上直接读取密度值。
电子密度计主要由主机、水槽、测量架以及标准配件等四大部分组成。电子密度计主机组成部分有外壳、显示屏、电路板和传感器。水槽是专门针对固体密度的测试（液体是测量杯）。测量架安装在水槽中，架结构上包含水中吊栏（测试液体的测量架只需放置板铁杆和挂钩）。标准配件有镊子、温度计、砝码、防风罩、测颗粒配件、测浮体配件等。
2 电子密度计的主要计量特征
按照国家量值溯源和传递系统的要求，电子密度计的主要计量特征有二项：1）示值误差;2）重复性。
3 校准电子密度计的主要测量设备
3.1 标准密度计组
测量范围650～2000 kg/m3，分度值0.2 kg/m3。
3.2 温度计
测量范围0～50 ℃，分度值0.1。
3.3 电子天平
最大称量不小于200 g，分辨力为0.01 g。
3.4 外径千分尺
测量范围为0～25 mm，分度值为0.001 mm。
3.5 校准液体
石油产品混合液测量范围为650～800 kg/m3;精水溶液测量范围为810～950 kg/m3;硫酸氢乙酯测量范围为960～1830 kg/m3。
4 环境影响
室温控制为（20±5） °C，室温与液温之差不能超过5 °C，相对湿度不应大于85%。室内要避免气流，尽量避免阳光直射，远离震源及电磁干扰，以免带来较大误差。
5 电子密度计的校准方法
5.1 校准前准备
校准前要将标准密度计、校准用样品等洗净干燥，玻璃仪器内壁应不挂水珠。被校电子密度计液体槽清洗干净，注入纯水，观察电子密度计水平泡，将电子密度计调平。开机后要预热5分钟，确保电子密度计稳定。仪器有自交砝码的，按照说明说要求对仪器称量部分进行自校。
5.2 校准方法
测量范围内应选取3个校准点。选取的校准样品应与校准液体的测量范围相适应。将校准样品放入校准液体中，不得与任何物体相接触，待校准样品稳定后，等待10分钟，校准样品如悬浮于液体中，用标准密度计测量液体，读取标准密度计示值ρ并记录液体温度。校准样品如没有悬浮液体中，需重新选择合适的校准液体。在校准期间要监控液体温度变化，液体温度波动幅度不应超过0.5 °C，否则重新测量。
将测量后的校准样品从液体中取出清洗并擦拭干净，放入电子密度计测量台，待稳定仪器显示校准样品质量。再将校准样品放入水中吊篮台（校准样品必须完全浸没在水中，且确保所校准样品表面没有气泡），待稳定仪器显示校准样品在水中的质量。将校准样品从水中取出，再次称重。按照仪器说明书操作仪器，在显示仪表上可读取样品密度测量值。
1）示值误差试验
将校准样品置于校准液体中，用标准密度计测出密度值[ρi]，再将校准样品放在被校准电子密度计测量台，测出密度值[ρi]。单次示值误差为被校准电子密度计显示值与标准密度计示值之差，重复做3次，取平均值作为测量点的示值误差[△ρ]。按[△ρ=i=13ρi-ρi3]进行计算。式中：[ρi]单次标准密度计示值（修正后值），kg/m3;[ρi]单次电子密度计测量值，kg/m3;[△ρ]示值误差指标，kg/m3。
试验中，当液体温度与标准温度20 °C不同时，应对标准密度计示值进行温度修正，温度修正值[△ρt]，g/cm3。按[△ρt=ρtβ（20-t）]进行计算。式中：[ρt]为标准密度计t温度下的示值，kg/m3;β为标准密度计的体膨胀系数（通常为25×10-6 °C-1）;t校准液体温度，°C。当使用的校准液体与标准密度计工作用液不一致时，应对标准密度计进行毛细常数修正，毛细常数修正值[△ρα]，g/cm3。按[△ρα=（α2-α1）πDρ2m]进行计算。式中：[α1]液体的毛细常数，mm2;[α2]标准密度计工作用液的毛细常数，mm2;D标准密度计干管的平均直径，mm;m密度标准及的质量，mg;ρ液体密度，g/cm3;π圆周率，取3.14。修正后的[ρi=ρt+△ρα+△ρt+△ρb]。式中：[△ρb]为标准密度计修正值。
2）重复性试验
在测量示值误差试验中，单次测量中示值误差的最大值[△ρmax]和示值误差的最小值[△ρmin]，用公式[△ρmax-△ρmin]求之差，取3次测量中最大差值Sρ，Sρ为电子密度计的重复性指标。
6 注意事项
1）使用电子密度计前，应认真阅读技术说明书，要熟悉技术指标、工作性能、使用方法及注意事项，严格遵照使用说明书的规定步骤进行操作。
2）电子密度计在通电前，应确保供电系统稳定，供电电压符合电子密度计规定输入的电压值。如果电子密度计配有三线电源插头必须插入带有保护接地供电插座中，保证安全。
3）要经常对电子密度计进行保养与维护，存放在干燥通风处，避免灰尘与水渗透到电子密度计的内部。待用时间过长，应定期通电开机，防止潮霉损坏设备及其零部件。切勿使用有机溶剂擦拭。
7 结语
电子密度计的校准方法科学合理，各项指标评价结果基本符合仪器的设计性能及实际测量工作要求。
【参考文献】
[1] 綦心，陶成，滕飞.电子密度仪检测方法的研究[J].计量技术，2020（7）：43-44.
[2] 李兴华.密度计量[M].北京：中国计量出版社，2002.
【作者简介】
李健（1975-），男，高级工程师，硕士，研究方向为医疗计量。
车达（1988-），男，工程师，学士，研究方向为化学计量。