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管道式电磁流量计在线校准测量不确定度的评定及应用

来源:作者:发表时间:2017-07-28 09:13:18

 【摘要】本文在研究国内外液体流量计在线校准方法的基础上,选择了一款典型的管道式电磁流量计作为本次测量结果不确定度评定的研究对象。通过对其测量结果不确定度的评定及分析,确保了液体流量计在线校准的准确可靠,从而解决了在用液体流量计无法离线送检的溯源难题,对提升流量计在线校准能力具有积极意义。

 
引言
       随着工业技术的迅速发展,流量测量技术日益成熟,液体流量计作为液体流量测量的重要计量器具,已广泛用于纺织印染、石油化工、冶金制药、热电、造纸、环保、水利、市政等领域。然而,各行各业在用管道式液体流量计普遍存在不便拆卸,导致无法离线送检的问题,这就急需法定计量技术机构提供在线校准以解决液体流量计溯源难题。目前,国家尚未颁布关于液体流量计在线检定/校准的检定规程或校准规范。笔者经过多年流量计在线校准的经验积累,在研究国内外流量计在线校准方法的基础上,编制了关于管道式液体流量计在线校准的方法文件,进而选择一款典型的管道式电磁流量计作为本次测量结
果不确定度评定的研究对象。
 
1 校准要求
1.1 校准环境及条件
       本院液体流量计检定实验室,将校准标准器及被检流量计按要求安装于液体流量计检定装置上。
 
1.2 校准标准器
       0.5级进口便携式超声波流量计,传感器测量范围:(Φ15~Φ800)mm。
 
1.3 被检流量计
       管道式电磁流量计,其最大流量为100 m 3 /h,口径为Φ80mm。
 
1.4 校准描述
       基于超声波时差法的原理,采用示值误差的方法进行比对。
 
2 数学模型
       2.1 电磁流量计相对示值误差按式(1)计算
        电磁流量计相对示值误差公式1
式中:
       E 为电磁流量计的示值误差,%;
       q 为电磁流量计示值(瞬时值),m 3 /h;
       q s 为标准器显示值(瞬时值),m 3 /h。
       标准器显示值(瞬时值) 的计算公式见式(2):
        公式2
式中:
       q s 为标准器显示值(瞬时值),m 3 /h;
       v 1 为声道上线平均流速,m/s;
       K 为流速分布修正系数;
       d 为管道内径,m
 
2.2 灵敏系数
        灵敏度系数公式
2.3 不确定度的传播:
       上式中各输入量不相关,电磁流量计示值误差的标准不确定度:
             QQ截图20170728091532.jpg
3 输入量的相对不确定度评定
3.1 标准器示值的不确定度
       根据标准器检定证书可知其最大允许误差为±0.5%。按均匀分布考虑, k =QQ截图20170728091604.jpg,故,
            QQ截图20170728091555.jpg
3.2 测量管径引入的不确定度
       管径测量误差来源于卡尺,根据卡尺检定证书可知其最大允许误差为±0.04mm,实测管径为81mm。按矩形分布考虑, k =QQ截图20170728091604.jpg ,故,
                 公式3
3.3 测量重复性的不确定度
       测量重复性引入的不确定度可以采用多次测量获得,采用A类评定方法评定。确定3个校准流量点,每个流量点校准10次,校准结果如表1。取校准点80%处求得10个示值误差,可得:QQ截图20170728091758.jpg,应用下式所示的贝塞尔公式,计算单次实验标准偏差:
单次实验标准偏差公式
校准结果记录表
       分别将其它校准点各次流量计示值误差值该标准偏差可求得其它校准点的实验标准偏差。由于在实际校准时,各校准点的校准结果取10次测量的平均值 , 故 , 算术平均值的实验标准偏差为 :
校准点的实验标准偏差
       算求得各校准点的单次及算术平均值的实验标准偏差如表2所示。为了减少风险,取最大实验标准差作为测量重复性的标准不确定度,则:
均示值误差汇总表
3.4 平均示值误差的不确定度
         20170728092341.jpg
              不确定度分析一览表
         由于温度、压力影响相对较小,忽略其不确定度的影响。另外,由于重复性分量包含人员读数引入的不确定度分量,为避免重复计算,故忽略人员读数引入的不确定度分量。
 
4 合成不确定度
4.1 不确定度汇总表
4.2 合成标准不确定度计算
         以上各项标准不确定度分量互不相关,所以合成标准不确定度为
              相对扩展不确定度公式
4.3 扩展不确定度
         取包含因子 k =2 ,故,测量结果相对扩展不确定度
                   公式5
5 不确定度的应用
         众所周知,流量计量是计量科学技术的组成部分之一,它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系,流量计量的准确与否对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展具有重要作用。为此,液体流量计在线溯源方法的研究是确保在用流量计准确测量的重要保障,在线校准结果不确定度直接决定流量计计量的准确性,它是评价在线校准能力的关键指标。本文通过评定和分析典型的管道式电磁流量计测量结果的不确定度,对解决流量计在线溯源难题、提升流量计在线校准能力具有积极意义。
 
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