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管道式電磁流量計在線校準測量不確定度的評定及應用

來源:作者:發表時間:2017-07-28 09:13:18

 【摘要】本文在研究國內外液體流量計在線校準方法的基礎上,選擇了一款典型的管道式電磁流量計作為本次測量結果不確定度評定的研究對象。通過對其測量結果不確定度的評定及分析,確保了液體流量計在線校準的準確可靠,從而解決了在用液體流量計無法離線送檢的溯源難題,對提升流量計在線校準能力具有積極意義。

 
引言
       隨著工業技術的迅速發展,流量測量技術日益成熟,液體流量計作為液體流量測量的重要計量器具,已廣泛用于紡織印染、石油化工、冶金制藥、熱電、造紙、環保、水利、市政等領域。然而,各行各業在用管道式液體流量計普遍存在不便拆卸,導致無法離線送檢的問題,這就急需法定計量技術機構提供在線校準以解決液體流量計溯源難題。目前,國家尚未頒布關于液體流量計在線檢定/校準的檢定規程或校準規范。筆者經過多年流量計在線校準的經驗積累,在研究國內外流量計在線校準方法的基礎上,編制了關于管道式液體流量計在線校準的方法文件,進而選擇一款典型的管道式電磁流量計作為本次測量結
果不確定度評定的研究對象。
 
1 校準要求
1.1 校準環境及條件
       本院液體流量計檢定實驗室,將校準標準器及被檢流量計按要求安裝于液體流量計檢定裝置上。
 
1.2 校準標準器
       0.5級進口便攜式超聲波流量計,傳感器測量范圍:(Φ15~Φ800)mm。
 
1.3 被檢流量計
       管道式電磁流量計,其最大流量為100 m 3 /h,口徑為Φ80mm。
 
1.4 校準描述
       基于超聲波時差法的原理,采用示值誤差的方法進行比對。
 
2 數學模型
       2.1 電磁流量計相對示值誤差按式(1)計算
        電磁流量計相對示值誤差公式1
式中:
       E 為電磁流量計的示值誤差,%;
       q 為電磁流量計示值(瞬時值),m 3 /h;
       q s 為標準器顯示值(瞬時值),m 3 /h。
       標準器顯示值(瞬時值) 的計算公式見式(2):
        公式2
式中:
       q s 為標準器顯示值(瞬時值),m 3 /h;
       v 1 為聲道上線平均流速,m/s;
       K 為流速分布修正系數;
       d 為管道內徑,m
 
2.2 靈敏系數
        靈敏度系數公式
2.3 不確定度的傳播:
       上式中各輸入量不相關,電磁流量計示值誤差的標準不確定度:
             QQ截圖20170728091532.jpg
3 輸入量的相對不確定度評定
3.1 標準器示值的不確定度
       根據標準器檢定證書可知其最大允許誤差為±0.5%。按均勻分布考慮, k =QQ截圖20170728091604.jpg,故,
            QQ截圖20170728091555.jpg
3.2 測量管徑引入的不確定度
       管徑測量誤差來源于卡尺,根據卡尺檢定證書可知其最大允許誤差為±0.04mm,實測管徑為81mm。按矩形分布考慮, k =QQ截圖20170728091604.jpg ,故,
                 公式3
3.3 測量重復性的不確定度
       測量重復性引入的不確定度可以采用多次測量獲得,采用A類評定方法評定。確定3個校準流量點,每個流量點校準10次,校準結果如表1。取校準點80%處求得10個示值誤差,可得:QQ截圖20170728091758.jpg,應用下式所示的貝塞爾公式,計算單次實驗標準偏差:
單次實驗標準偏差公式
校準結果記錄表
       分別將其它校準點各次流量計示值誤差值該標準偏差可求得其它校準點的實驗標準偏差。由于在實際校準時,各校準點的校準結果取10次測量的平均值 , 故 , 算術平均值的實驗標準偏差為 :
校準點的實驗標準偏差
       算求得各校準點的單次及算術平均值的實驗標準偏差如表2所示。為了減少風險,取最大實驗標準差作為測量重復性的標準不確定度,則:
均示值誤差匯總表
3.4 平均示值誤差的不確定度
         20170728092341.jpg
              不確定度分析一覽表
         由于溫度、壓力影響相對較小,忽略其不確定度的影響。另外,由于重復性分量包含人員讀數引入的不確定度分量,為避免重復計算,故忽略人員讀數引入的不確定度分量。
 
4 合成不確定度
4.1 不確定度匯總表
4.2 合成標準不確定度計算
         以上各項標準不確定度分量互不相關,所以合成標準不確定度為
              相對擴展不確定度公式
4.3 擴展不確定度
         取包含因子 k =2 ,故,測量結果相對擴展不確定度
                   公式5
5 不確定度的應用
         眾所周知,流量計量是計量科學技術的組成部分之一,它與國民經濟、國防建設、科學研究有密切的關系,流量計量的準確與否對保證產品質量、提高生產效率、促進科學技術的發展具有重要作用。為此,液體流量計在線溯源方法的研究是確保在用流量計準確測量的重要保障,在線校準結果不確定度直接決定流量計計量的準確性,它是評價在線校準能力的關鍵指標。本文通過評定和分析典型的管道式電磁流量計測量結果的不確定度,對解決流量計在線溯源難題、提升流量計在線校準能力具有積極意義。
 
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