標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測加氣機(jī)不確定度分析

韓文普 劉振華

摘要：本文利用氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測壓縮天然氣加氣機(jī)檢測

結(jié)果，在處理過程中需要考慮標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和被測系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行評定，進(jìn)而為加氣機(jī)不確定度分析提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)表法加氣機(jī)不確定度

近年來隨著能源需求日益強(qiáng)烈，加氣機(jī)產(chǎn)品需求在增大。本文將針對標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測壓縮天然氣加氣機(jī)檢測結(jié)果，進(jìn)行處理時需要考慮將標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和被測系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行評定。

1 測量條件

1.1 標(biāo)準(zhǔn)裝置及配套設(shè)備：壓縮天然氣加氣機(jī)檢定裝置；高壓氣瓶等。

1.2 檢測介質(zhì)：檢定介質(zhì)為壓縮天然氣。

1.3 檢測環(huán)境：環(huán)境溫度21.2℃~22.2℃，相對濕度

45%，大氣壓101kPa。

2 測量方法

采用的檢定方法為標(biāo)準(zhǔn)表法。

3 數(shù)學(xué)模型

加氣機(jī)示值誤差的測量模型為：

e=(VJ-VB)+δJ+μJ+δB

4 方差和靈敏系數(shù)

根據(jù)測量模型可得各靈敏系數(shù)為：

c1=?e/?VJ=1c2=1c3=1c4=-1c5=1

根據(jù)不確定度傳播率，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由下式表示：u2c=u2(e)=u2(VJ)+u2(δJ)+u2(μJ)+u2(VB)+u2(δB)

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

5.1 加氣機(jī)測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（A類）。用標(biāo)準(zhǔn)裝置對加氣機(jī)進(jìn)行檢測，測量10次，其結(jié)果：

[標(biāo)準(zhǔn)裝置示值VB/kg

7.925

7.885

8.056

7.910

7.806

8.040

7.720

7.829

7.802

7.713

7.869][序號

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值][加氣機(jī)示值VJ/kg

7.96

7.90

8.09

7.94

7.81

8.09

7.75

7.85

7.85

7.74

7.898][示值相對誤差E/%

0.44

0.19

0.42

0.37

0.05

0.62

0.39

0.27

0.62

0.35

0.369]

示值相對誤差分別為：0.44%、0.19%、0.42%、0.37%、0.05%、0.62%、0.39%、0.27%、0.62%、0.35%，根據(jù)貝塞爾公式得到示值相對誤差的實(shí)驗(yàn)（單次測量）標(biāo)準(zhǔn)偏差為：s==0.175%

則示值相對誤差平均值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u==0.1%

則加氣機(jī)測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（見上表）

u(VJ)=J×u=7.898kg×0.1%=7.898×10-3kg

5.2 加氣機(jī)的讀數(shù)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（B類）。被檢加氣機(jī)的最小分度值0.001kg ，數(shù)字顯示。由讀數(shù)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(δJ)=0.29δx=0.29×0.01kg=2.9×10-3kg

5.3 加氣槍槍嘴至槍開關(guān)余氣所帶來的不確定度u(μJ)。因加氣管按要求內(nèi)徑一般不大于6mm，最長為0.5m，則加氣管最大容積為：

V=1/4×3.14×（0.006）2×0.5=1.4×10-5m3

假設(shè)所加氣體最終壓力為20MPa（大氣壓力為0.1 MPa，氣體密度0.7kg/m3），則管中余氣為：u(μJ)=20×0.1×1.4×10-5m3×0.7kg/m3=1.96×10-3kg

5.4 標(biāo)準(zhǔn)表的計(jì)量準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（B類）。本計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置所用標(biāo)準(zhǔn)表為0.2級，其最大允許誤差為±0.2%，則由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(VB)=B×=7.869×0.00115kg=0.9×10-2kg

5.5 標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（B類）。標(biāo)準(zhǔn)表的最小分度值為0.001kg，顯示形式是數(shù)字方式顯示，則有讀數(shù)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(δB)=0.29δx=0.29×0.001kg=2.9×10-4kg

5.6 密度換算帶來的不確定度。由于加氣機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)裝置輸入的同是以質(zhì)量為顯示值，故該誤差忽略不計(jì)。

6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

[標(biāo)準(zhǔn)不確

定度分量u(xi)

u(VJ)

u(δJ)

u(μJ)

u(VB)

u(δB)][不確定度

來源

測量重復(fù)性

加氣機(jī)讀數(shù)分辨力

槍嘴至槍開關(guān)余氣

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)分辨力][標(biāo)準(zhǔn)不確

定度值/ kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4][靈敏系

數(shù)ci

1

1

1

-1

1][|ci|u(xi)/kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4]

7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

根據(jù)前面的分析可以獲得用本標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測加氣機(jī)所得的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uc=

=1.24×10-2kg

其相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

ur==×100%

=0.158%

≈0.16%

8 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則采用標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測壓縮天然氣加氣機(jī)示值誤差的擴(kuò)展不確定度為：

Ur=k×ur=2×0.16%=0.32% (k=2)

9 測量不確定度報(bào)告

壓縮天然氣加氣機(jī)示值誤差的測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：Ur=0.32% k=2。

10 小結(jié)

通過實(shí)際的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最終給出測量不確定度報(bào)告，為標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測壓縮天然氣加氣機(jī)在以后的不確定度評定中提供了參考方法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[3]GB/T 19237-2003，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.汽車用壓縮天然氣加氣機(jī)[S].2003-12-01.