渦街流量計平均儀表系數測量結果的不確定度研究

一、測量過程簡述

1.測量依據

jjg198- 1994《速度式流量計》檢定規程。

2.測量環境條件

大氣溫度一般為5℃~35℃; 大氣相對濕度一般為45%~85%; 大氣壓力一般為(86~106)kpa。

3.測量標準

標準表法氣體流量標準裝置, 型號qlj- i; 測量范圍為dn50~dn300; 不確定度為0.50%, k=2。

4.被測對象

應力式渦街流量傳感器(流量計); dn=80mm。流量范圍為(105.68~674.23)m3/h; 類型: a類。

5.測量方法

將被檢表用夾表器裝夾在對應的管線上, 使氣體流經標準流量計和被檢流量計, 在檢定過程中, 通過同步采集到的相應量值, 進入計算機系統, 利用計算機進行數據處理, 并直接輸出被檢流量計的平均儀表系數k和相對誤差el及重復性s(er)。

6.評定結果的使用

符合上述條件的測量結果, 一般可直接使用本不確定度的評定方法。

二、數學模型

由于本裝置采用計算機一體化, 因此, 數學模型可簡化為

k=kl

式 中 : k———被 檢 流 量 計 的 儀 表 系 數 , (m3)-1;kl———用自動化的標準裝置測量被檢流量計所得的儀表系數, (m3)-1。

三、各輸入量的標準不確定度的評定

輸入量kl的標準不確定度來源主要有兩個方面: (1)標準裝置引入的不確定度ur(e1), 采用b類評定。(2)在重復性條件下, 由被檢流量計測量不重復(分散性)引入的不確定度ur(er),采用a類評定。

1.由輸入量kl引入的不確定度ur(er)

該不確定度主要是由于被檢流量計的測量不重復引起的, 可通過在重復性條件下重復測量給出。選用1臺口徑為dn80、型號lugb- 2408、脈沖輸出的應力式渦街流量傳感器。該流量計平均儀表系數k, 在重復性條件下連續測量9次(n=9), 測量結果如表1所示。單次測量的實驗標準差使用貝塞爾公式計算:

流量測量中, 通常采用相對值表達測量結果, 因此也以相對標準偏差的方法來表達。

自由度ν1=n- 1=8

2.由輸入量kl引入的不確定度ur(e1)

該不確定度主要是標準裝置所引起的。自動化裝置運算過程的數學表達如下:

(1)流量計算公式

對于標準表法檢定氣體流量時

vij=vs·c

式中: vij———第i檢定點第j次檢定時測得的標準器處流體實際體積, m3或l; vs———第i檢定點第j次檢定時標準器讀出體積, m3或l; c———第i檢定點第j次檢定時標準流量計的修正系數。該修正系數按標準流量計的使用要求確定。

(2)流量計每個檢定點每次檢定的儀表系數kij

式中: kij———第i檢定點第j次檢定的系數, (m3)-1或l-1; nij———第i檢定點第j次檢定時流量計顯示儀表測得的脈沖數; pa———檢定時的大氣壓力, pa; (ps)ij、pij———第i檢定點第j次檢定時標準器處和流量計處的流體表壓力, pa。對于開放式標準器, ps=0; (ts)ij、tij———第i檢定點第j次檢定時氣體流量計處和標準器處的流體溫度, ℃;zij、(zs)ij———第i檢定點第j次檢定時氣體流量計處和標準器處的氣體壓縮系數。

每個檢定點的平均儀表系數ki

式中: (ki)max———各檢定點的系數ki中的zui大值,(m3)-1或l-1; (ki)min———各檢定點的系數ki中的zui小值,(m3)-1或l-1。

由運算過程可知, 裝置的主要誤差來源主要是由標準流量計的測量誤差、一體化溫度變送器的測量誤差、差壓變送器的測量誤差裝置的穩定性等引起的。遼寧省計量*在檢定該裝 置時已將以上各不確定度因素考慮在內, 并給出擴展不確定度0.50%, k=2。因此,本次評定不再考慮自動化裝置運算過程的數學關系和具體的不確定度分量。則由裝置誤差引起的標準不確定度

3.輸入量kl引入的不確定度ur(kl)

以上兩項不確定度彼此不相關, 其標準不確定度ur(kl)為

四、合成標準不確定度及擴展不確定度的評定

1. 靈敏系數

對于數學模型k=kl的靈敏系數:

2.各不確定度分量匯總及計算表( 不確定度一覽表如表2所示)

3.合成標準不確定度的計算

對于數學模型k=kl,則其相對合成標準不確定度ucrel為:

ucrel=ur(kl)=0.252%

4.合成標準不確定度的有效自由度

有效自由度νeff=ν=51

取νeff=50

五、測量結果不確定度的報告與表示

按p=95%, νeff=50, 查t分布值表得t95(50)=2.01, 所以包含因子kp=2.01, 故相對擴展不確定度:

u95rel=kpucrel=2.01×0.252%≈0.6%

該流量計平均儀表系數測量結果不確定度表示為:

平均儀表系數k=2383.36(m3)-1; u95rel=0.6%; νeff=50

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