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流量积算仪测量结果的不确定度评定
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2015-12-23

一、概述

    1.测量依据

    JJG1003-2005《流量积算仪》检定规程。

    2.测量环境条件

    温度:20.8℃;湿度:52%RH。

    3.主要标准

    过程校验仪(0.025%)、过程信号发生器(0.02%)、标准电阻箱(0.02%)。

    4.被测对象

    0.5级流量积算仪。

    5.测量过程

    在规定的测量环境条件下,按照JJG1003-2005中的接线图连接各种设备,模拟一定的温度、压力,输入流量信号并记录下积算仪显示的对应流量值,按照公式计算出误差值。
    

二、数学模型

    

    式中:q——该流量检定点的流量积算仪示值;qs——该流量检定点的流量的理论计算值;qmax——该积算仪在设计状态下的最大流量。其中

   

    在实际使用中,上式可以简化为,其中k为一常数。故

   
    

三、标准不确定度的评定

    举例如下:某厂使用差压流量计来计量过热蒸汽,流量积算仪为HR-WP-WL,它的工艺条件如下:最大流量为22000kg/h,工作绝压为0.9MPa,工作温度为230℃,密度为4.0293kg/m3,差压为25000Pa,压力上限为1.6MPa。在设计状态下,检定满量程点。根据设计书可以计算出k=2.192。

     

    式中:qs——该流量检定点的流量的理论计算值,t/h;k——按孔板设计书导出的参数,表内设置;Δp——节流件的差压,kPa;ρ——蒸汽密度,kg/m3

     

     1.q的标准不确定度评定

    (1)测量重复性带来的不确定度

    在相同的条件下重复测量10次,流量值(单位:t/h)分别为22.00、22.01、22.00、22.02、22.00、22.00、22.02、22.02、22.01、22.02。则测量结果的算术平均值为

     

    单次测量q1的实验标准差为

     

    (2)仪表分辨力带来的不确定度

    积算仪共6位显示,其中小数位为两位,最小分辨力为0.01t/h,可以认为在此区域内均匀分布,则


    (3)在JJF1033-2008《计量标准考核规范》附录C——计量标准考核中有关技术问题的说明C.1.4中规定:“被测仪器的分辨力也会对重复性测量有影响。在不确定度评定中,当重复性引入的不确定度分量大于被测仪器的分辨力引入的不确定度分量时,可以不考虑分辨力引入的不确定度分量。本例中可以忽略仪表分辨力带来的不确定分量。所以

    u(q)=0.00943t/h

     2.Δp的标准不确定度评定

    在积算仪检定中用过程信号发生器输出的标准电流模拟差压信号,输出电流I的准确度为0.02%。可认为输入量I在此区域内服从均匀分布,则

     

     up)=1.5625×0.00231=0.00361kPa

    3.ρ的不确定度的评定

    过热蒸汽的密度ρ与温度及压力两个因素相关,即ρ=f(tp),通用使用工业用1967年IFC公式。

    (1)输入量t的标准不确定度评定

    标准电阻箱的准确度为0.02%,使用的是Pt100的铂热电阻,查表得230℃时的阻值为186.84Ω。该处误差为186.84×0.02%=0.0374Ω,可以认为在此区域内作均匀分布,故不确定度为

     

    经查Pt100表得到该点附近梯度为2.7778℃/Ω,输入量t引起得标准不确定度为

    u(t)=0.0216×2.7778=0.0600℃

    (2)输入量p的标准不确定度评定

    在流量积算仪检定中用标准电流模拟压力:,输入量I的准确度为0.025%,可以认为在此区域内作均匀分布,,合成u(P)=0.00289×0.1=0.000289MPa。

     (3)由于IFC1967公式比较复杂。在此采用数值方法来计算灵敏系数,即当温度与压力分别有一个小增量时将导致密度的变化,其比值即为灵敏系数。

     蒸汽工况由230℃升为231℃,压力不变,此时查水蒸气密度表用线性内插求得密度为4.0202kg/m3

     

    蒸汽工况由0.9MPa升为0.90005MPa,温度不变,此时查水蒸气密度表用线性内插求得密度为4.0295kg/m3

       
    

四、合成标准不确定度的评定

    1.灵敏系数

    数学模型

   

    2.标准不确定度汇总表(见表1)
    

缺插图!

    <CTSM>    表1  标准不确定度汇总表</CTSM>
    

五、合成标准不确定度的计算

        
    

六、扩展不确定度的确定

        取k=2,U=2×0.000463=0.000926×100%=0.0926%,取0.1%。
    

七、结束语

     通过以上分析可知,这次流量积算仪测量结果的扩展不确定度为0.1%(k=2)。分析过程已经考虑了各个影响因素,解决了与热电阻、压力变送器配套使用在过热蒸汽流量计量中的流量积算仪的不确定度的分析问题。另外,在检定中要尽量把温压设置在蒸汽密度表上能直接找到的数据点,力争减小由于蒸汽密度的取值而带来的不确定因素,以得到最佳的测量结果。
    

    作者单位【江苏省江阴市计量测试检定所】


【关键词】流量积算仪,不确定度评定,国家标准物质网,北京世纪奥科 

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