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      靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度評(píng)定

      2014-03-22 09:07:04李高峰王宏偉鄒德超
      計(jì)量技術(shù) 2014年6期
      關(guān)鍵詞:換向器衡器計(jì)時(shí)器

      李高峰 王宏偉 鄒德超

      (國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站東營(yíng)分站,東營(yíng) 257000)

      0 引言

      流量計(jì)量在貿(mào)易結(jié)算、能源計(jì)量、過(guò)程控制、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面的檢測(cè)中起著重要作用,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究和應(yīng)用是流量計(jì)量測(cè)試技術(shù)的主要環(huán)節(jié)。靜態(tài)質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在我國(guó)流量量值傳遞中起著至關(guān)重要的作用,其不確定度評(píng)定對(duì)于保證流量計(jì)的科學(xué)、準(zhǔn)確,標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢定能力、準(zhǔn)確度等方面具有重要意義。本文以某新建靜態(tài)質(zhì)量液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為基礎(chǔ)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過(guò)科學(xué)、合理地分析評(píng)定了該裝置的擴(kuò)展不確定度。

      1 標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理及特點(diǎn)

      靜態(tài)質(zhì)量法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置主要組成部分包括水池、電子秤、換向器、管線、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。首先安裝被檢流量計(jì),啟動(dòng)離心泵通入清潔水,由水池經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓裝置、被檢流量計(jì)進(jìn)入稱(chēng)重容器,最后流回水池。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí),把換向器置于旁通管方向,這時(shí)確定稱(chēng)量容器的起始質(zhì)量為M0,改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度及水泵的頻率以得到所需的流量,待流量穩(wěn)定后,啟動(dòng)換向器使流體由旁通管換入稱(chēng)量容器,在換向器啟動(dòng)過(guò)程中,同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器和被檢流量計(jì)的脈沖計(jì)數(shù)器。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的水量或脈沖數(shù)或時(shí)間時(shí),換向器自動(dòng)換向至旁通側(cè),同時(shí)記錄下稱(chēng)量容器中所收集到的流體質(zhì)量M、計(jì)時(shí)器顯示的測(cè)量時(shí)間t和流量計(jì)脈沖計(jì)數(shù)器顯示的脈沖數(shù)Nm,完成一次檢定。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

      圖1 靜態(tài)質(zhì)量法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置流程圖

      稱(chēng)量容器中實(shí)際的質(zhì)量Ms可根據(jù)式(1)計(jì)算:

      Ms=(M-M0)(1+ε)

      (1)

      式中:ρa(bǔ)為空氣密度(kg/m3);ρμ為水密度(kg/m3);ρF為砝碼材料的密度(kg/m3);ε為空氣浮力修正系數(shù)。

      由質(zhì)量換算到體積量時(shí):

      (2)

      式中:VS為流過(guò)被檢流量計(jì)的累積體積流量(m3)。

      于是,被檢流量計(jì)的儀表系數(shù)Km(1/m3)可根據(jù)式(3)算出:

      (3)

      2 裝置的不確定度評(píng)定

      按照國(guó)家相關(guān)檢定規(guī)程及考核規(guī)范的要求,所有的流量計(jì)檢定裝置在正式使用前,都要經(jīng)過(guò)計(jì)量管理部門(mén)的檢定,特別是對(duì)裝置不確定度的評(píng)定。對(duì)于靜態(tài)質(zhì)量法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,影響其不確定度的主要因素有換向器、衡器、計(jì)時(shí)器的不確定度,分別對(duì)換向器、衡器及計(jì)時(shí)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

      2.1 換向器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

      按照J(rèn)JG 164—2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》檢定規(guī)程規(guī)定換向器的檢定方法,換向器應(yīng)按臺(tái)位,在最大流量、最小流量下進(jìn)行檢定,取各流量點(diǎn)中不確定度的最大值作為該臺(tái)位換向器的不確定度。

      根據(jù)實(shí)際情況,本標(biāo)準(zhǔn)裝置換向器采用行程差法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將液體流量調(diào)至換向器實(shí)驗(yàn)流量,穩(wěn)定10min,操作換向器,使換向器換向n(n≥10)次,經(jīng)計(jì)算得出各臺(tái)位的不確定度,如表1所示。

      表1 稱(chēng)重臺(tái)位的不確定度

      2.2 衡器實(shí)驗(yàn)

      按照J(rèn)JG 164—2000《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》檢定規(guī)程規(guī)定電子稱(chēng)的檢定方法為:在使用量限范圍內(nèi)至少取10個(gè)均勻分布點(diǎn)(j=1,2,…,m,m≥10),用標(biāo)準(zhǔn)砝碼依次從j=1逐步加載到j(luò)=m,完成一次檢定;再?gòu)膉=m依次卸載到j(luò)=1,完成第二次檢定。分別記錄各點(diǎn)的加載質(zhì)量、卸載質(zhì)量和電子秤讀數(shù)。重復(fù)進(jìn)行n(n≥10)次的檢定,通過(guò)計(jì)算得出各衡器的不確定度,取其中最大值得到衡器的最終不確定度,數(shù)據(jù)如表2所示。

      表2 衡器的不確定度

      2.3 計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)

      由于裝置中計(jì)時(shí)器選擇的是11.0592M晶體,且晶振穩(wěn)定度在10-7的數(shù)量級(jí)上,依據(jù)GB/T 17612—1998中的規(guī)定:只要時(shí)間顯示的分辨力足夠高并且周期性地與國(guó)家時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(例如某些無(wú)線電臺(tái)所發(fā)射的頻率信號(hào))進(jìn)行校對(duì),則由計(jì)時(shí)裝置引起的誤差可以忽略不計(jì)。因此,在計(jì)算裝置不確定度時(shí),計(jì)時(shí)器不確定度一項(xiàng)可以忽略。

      2.4 標(biāo)準(zhǔn)裝置的總不確定度

      由以上可知,靜態(tài)質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置的合成不確定度為:

      (4)

      將各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(4)計(jì)算得各臺(tái)位對(duì)應(yīng)的合成不確定度:

      u=0.014%

      所以,本裝置的擴(kuò)展不確定度:

      U=ku=0.028%,k=2

      3 結(jié)論

      本文對(duì)某一新建靜態(tài)質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),并給出了不確定度的詳細(xì)評(píng)定過(guò)程,經(jīng)計(jì)算得出本裝置的擴(kuò)展不確定度為0.028%(k=2),滿足開(kāi)展0.1級(jí)流量計(jì)的檢定工作。

      [1]王池,等.流量測(cè)量技術(shù)全書(shū)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012

      [2]費(fèi)業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009

      [3]李慎安.測(cè)量不確定度百問(wèn)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2009

      [4]JJG 164—2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

      [5]蘇彥勛,梁國(guó)偉,盛健.流量計(jì)量與測(cè)試[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2007

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