黃愛(ài)民

（廣東省博羅縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所）

正交試驗(yàn)在優(yōu)化氣體容積式流量計(jì)檢定條件中應(yīng)用

黃愛(ài)民

（廣東省博羅縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所）

針對(duì)氣體流量計(jì)檢定影響因素較多的問(wèn)題，以容積式氣體流量計(jì)為例，提出以示值誤差為優(yōu)化綜合指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)法分析檢定過(guò)程中主要影響因素，包括溫度、濕度、同軸度、取壓方式等。確定各因素對(duì)示值誤差影響的主次順序，找出相對(duì)最優(yōu)的檢定條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用正交試驗(yàn)方法優(yōu)化檢定條件方案具有可行性和有效性。

正交試驗(yàn)；氣體流量計(jì)；檢定條件；示值誤差

0 引言

氣體容積式流量計(jì)是一種記錄一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體總量的累積式流量?jī)x表。當(dāng)流體流過(guò)流量計(jì)時(shí)，內(nèi)部機(jī)械運(yùn)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(zhuǎn)體積，進(jìn)行重復(fù)不斷地充滿和排空，并通過(guò)機(jī)械或電子測(cè)量技術(shù)記錄其循環(huán)次數(shù)，得到流體的累積流量[1]。容積式流量計(jì)在流量測(cè)量方面較準(zhǔn)確，計(jì)量性能較穩(wěn)定，其準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到0.2級(jí)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、能源計(jì)量、民生計(jì)量等領(lǐng)域。但影響容積式氣體流量計(jì)檢定的因素較多，特別是高準(zhǔn)確度流量計(jì)對(duì)檢定條件要求更加嚴(yán)格，如何確定最優(yōu)檢定條件尤為重要。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，是分析因式設(shè)計(jì)的主要方法[2]。它根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備“均勻分散、齊整可比”的特點(diǎn)[3-4]。本文采用正交試驗(yàn)法分析檢定過(guò)程的主要影響因素，確定各因素對(duì)示值誤差影響的主次順序，找出相對(duì)最優(yōu)的檢定條件。

1 檢定條件及優(yōu)化綜合指標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)對(duì)某品牌氣體容積式流量計(jì)在80 m3/h時(shí)的相對(duì)最優(yōu)檢定條件優(yōu)化。圖1為氣體容積式流量計(jì)檢定實(shí)物圖。該實(shí)驗(yàn)采用音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（Urel= 0.25%）作為標(biāo)準(zhǔn)器，檢定對(duì)象為某品牌標(biāo)稱準(zhǔn)確度為1級(jí)的容積式氣體流量計(jì)（DN = 50 mm）。把被檢流量計(jì)安裝在音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)應(yīng)口徑的管道上，通過(guò)改變檢定條件，進(jìn)行測(cè)試并得到相應(yīng)的示值誤差。

圖1 氣體容積式流量計(jì)檢定實(shí)物圖

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(nèi)變化不大，在此次試驗(yàn)中不作分析。試驗(yàn)在同一流量點(diǎn)（80 m3/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(cè)量誤差，確定相對(duì)最優(yōu)的檢定條件。檢定試驗(yàn)條件參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)過(guò)程中，每組參數(shù)條件下，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，并取3次測(cè)量平均值作為該組條件下的測(cè)量結(jié)果，然后以示值誤差為指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)確定相對(duì)最優(yōu)檢定條件以獲得最小示值誤差。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)，如表2所示。

表1 因素水平表

表2 試驗(yàn)方案（L9（34））

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

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

3 結(jié)論

由表4得到因素主次順序?yàn)槿悍绞剑ㄒ蛩谼）>溫度（因素A）>濕度（因素B）>同軸度（因素C），同時(shí)根據(jù)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0 mm。效益曲線見(jiàn)圖2。

圖2 效益曲線圖

此條件的試驗(yàn)在正交表中的9次試驗(yàn)中并未出現(xiàn)，通過(guò)做補(bǔ)充試驗(yàn)，得到示值誤差為0.13%，小于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的最小值0.19%，說(shuō)明利用正交試驗(yàn)優(yōu)化氣體容積式流量計(jì)檢定條件的試驗(yàn)是可行的。由于此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)象是某品牌某型號(hào)的氣體容積式流量計(jì)，具有一定的局限性，其他類(lèi)型氣體流量計(jì)的檢定條件優(yōu)化可參考使用。

[1] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 633-2005氣體容積式流量計(jì)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2005.

[2] 李云雁,胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M]. 2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版,2008.

[3] 李玉蘭,林緒虹,劉桂雄.正交設(shè)計(jì)方法在優(yōu)化空瓶檢測(cè)圖像處理參數(shù)中應(yīng)用[J].光學(xué)精密工程, 2005,13(S):206-211.

[4] 陳耿新,林若波.基于正交試驗(yàn)的加工過(guò)程伺服系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)選[J].自動(dòng)化與信息工程,2014,35(1):6-11.

Application of Orthogonal Experiment Method in the Optimization of Verification Conditions for Gas Displacement Meters

Huang Aimin
(Quality and Technical Supervision and Inspection Institute in Boluo County)

The effecting factors of gas displacement meters verification are complex. The gas displacement meters is taken as an example, orthogonal experiment method is adopted to analyze main effecting factors of verification process, including temperature, humidity, coaxial tolerance, pressure manner etc. The important order that various factors affect on the error of indication is determined, and optimal verification conditions is found out. The experiment results show that the verification conditions optimization scheme is feasible and effective.

Orthogonal Experiment; Gas Meters; Verification Conditions; Indication Error

黃愛(ài)民，男，1982年生，副所長(zhǎng)，研究方向?yàn)閮x器儀表工程。E-mail: ham28@139.com