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鴻謙儀表(常州)有限公司

玻璃管轉子流量計在使用過程中的不確定因素

時間:2014-4-15閱讀:1679
  1 測量問題
 
  液體容積式流量計是按照JJG667-2010《液體容積式流量計檢定規程》,以實際使用油品為介質,采用容積法(開放式)在線進行檢定的。根據檢定規程要求,廣東省惠州市質量計量監督檢測所配備二等標準金屬量器,標準金屬量器的容量為1000L。本文以本標準檢定0.2級液體容積式流量計(以下簡稱流量計)為例,對其容量示值誤差的不確定度進行分析。
 
  2 數學模型
 
  根據規程,容積法(量器為開放式結構)標準值的計算公式為:
 
  式中,V為檢定用標準金屬量器的實際體積,L;Vs為檢定用標準金屬量器讀出的容積,L;βs為檢定用標準金屬量器的體膨脹系數,℃-1;ts為檢定用標準金屬量器處液體溫度平均值,℃。
 
  根據規程,累積流量的計算,將V的值換算到流量計檢定條件下的累積流量實際值,公式為:
 
  式中,Qs為被檢流量計處的累積流量值;β為液體膨脹系數,℃-1;κ為液體壓縮系數,Pa-1;tm、ts為流量計和檢定用標準金屬量器處液體溫度平均值;pm、ps為流量計和檢定用標準金屬量器處液體表壓力平均值,Pa。
 
  將式(1)代入式(2),并整理得:
 
  為了簡化下步分析的需要,可對式(3)作必要的簡化,即對不確定度分析結果的影響量可忽略不計的項去除,以便建立數學模型、方差及靈敏系數的計算等。如式(3)中的βs.β(ts-20).(tm-ts)項與[1+β(tm-ts)+βs(ts-20)]之比,起碼小至10-4數量級;[1-k(pm-ps)]=1的修約準確度也在10-10數量級以上。據此,式(3)可簡化如下:
 
  注:①不銹鋼體膨脹系數:βs=50×10-6℃-1;液體體膨脹系數:-β柴油=9×10-4℃-1,-β汽油=12×10-4℃-1。②液體的壓縮系數:k水=5×10-tm-1,k脫氣石油=(4×10-5~7×10-5)atm-1。
 
  根據規程,被檢流量計的示值誤差計算,即被檢流量計累積流量誤差的計算,可使用下式:
 
  式中,Qm為被檢流量計示值,L。
 
  將式(4)代入式(5),得:
 
  3 方差和靈敏系數
 
  由式(6)可得合成方差為:
 
  式中靈敏系數為:
 
  注:①(tm-ts)按規程規定,應在±0.5℃內,即可取(tm-ts) =0.5℃;②ts取規程規定的實驗溫度極限值的半寬,即ts=15℃。
 
  4 標準不確定度一覽表
 
  標準不確定度一覽表,見表1。
 
  5 計算分量標準不確定度
 
  5.1 流量計累積流量示值的不確定度u(Qm)
 
  5.1.1 測量重復性的不確定度分量u1(Qm)
 
  流量計測量重復性不確定度分量u1(Qm)是用標準金屬量器對其作10次等精度測量,以實驗標準差s評定,測量數據如下(單位:L):1001.2、1000.6、1000.2、1000.4、1000.2、1000.8、1000.2、1000.4、1001.2、1000.6。
 
  由于實際檢定通常取3次測量的平均值,于是:
 
  自由度:v1=n-1=9
 
  5.1.2 流量計示值估讀誤差的不確定度分量u2(Qm)
 
  通常,準確度較高的表盤指針式讀數的儀表分辨力為1/10分度,次之,也具有1/5分度的分辨力。在此,結合規程的規定,按后者進行分析,即讀數誤差±0.2L,按均與分布,則
 
  估計其可靠性為10%,則
 
  因此,流量計在試驗溫度下累積容量的不確定度分量u(Qm)為:
 
  有效自由度為:
 
  5.2 標準金屬量器容積20℃示值誤差的不確定度分量u(Vs)
 
  根據國家檢定系統,二等標準金屬量器相對不確定度δ=2.5×10-4,覆蓋因子k=3,則:
 
  按正態分布,自由度:
 
  v(Vs)=∞
 
  5.3 油品的體膨脹系數的不確定度分量u(β)
 
  柴油的體膨脹系數β=9×10-4/℃,由規程提供的β的不確定度為5×10-6/℃,k=2,則其不確定度為:
 
  估計其可靠性為10%,則
 
  5.4  標準金屬量器(材質類型為不銹鋼)的體膨脹系數的標準不確定度分量u(βs)
 
  標準金屬量器(材質類型為不銹鋼)的體膨脹系數,由規程提供的βs的不確定度為5×10-6℃-1,k=2,則其不確定度為:
 
  估計其可靠性為10%,則:
 
  5.5 流量計油溫測量的不確定度分量
 
  測量油溫用的溫度計,zui大允許誤差為±0.2℃,屬均與分布,則其標準不確定度為:
 
  估計其可靠性為10%,則:
 
  5.6 標準量器內油溫的不確定度分量u(ts)
 
  測量油溫用的溫度計,zui大允許誤差為±0.2℃,屬均與分布,則其標準不確定度為:
 
  估計其可靠性為10%,則:
 
  6 合成標準不確定度
 
  合成標準不確定度為:
 
  7 有效自由度
 
  有效自由度為:
 
  8 擴展不確定度
 
  為獲得置信概率為95%的擴展不確定度,由vef(△Q)=28,查t分布表得:
 
  t95(28)=2.05
 
  所以,擴展不確定度為:
 
  U95=t95(28)×uc(△Q)=2.05×0.30=0.61≈0.6(L)
 
  轉化成相對不確定度為:
 
  9 擴展不確定度表達報告
 
  在符合本分析條件下檢定/校準流量計的累積流量示值誤差擴展不確定度可表達為:
 
  Urel=0.06%,k=2,p=95

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