摘要:文章依據(jù)JJG1029--2007《
渦街流量計(jì)》檢定規(guī)程對(duì)流量范圍為150~1000m3/h的渦街流量計(jì)的K系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，詳細(xì)分析了壓力、溫度等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行綜合評(píng)定。
氣體渦街流量計(jì)無(wú)可拆部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、易于維護(hù)，廣泛應(yīng)用于市政供暖、石化、冶金等行業(yè)，保障渦街流量計(jì)流量量值的正確可靠，對(duì)維護(hù)貿(mào)易公平有著重要意義。本文對(duì)渦街流量計(jì)的檢定方法進(jìn)行分析，對(duì)渦街流量計(jì)K系數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定分析、評(píng)定。
1測(cè)量方法
本文依據(jù)JJG1029--2007《渦街流量計(jì)》提供的方法開(kāi)展檢定工作，按照J(rèn)JF1059.1--2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》關(guān)于測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定方法做不確定度分析。
測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)量范圍:1~6000m3/h;不確定度:Urel=0.25%，k=2。
環(huán)境條件:溫度20.06℃，濕度43.13%RH。
被測(cè)對(duì)象:氣體渦街流量計(jì)(橫河電機(jī))，測(cè)量范圍:150~1000m3/h。
2測(cè)量程序
將被檢流量計(jì)與音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)裝置)串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)被檢流量計(jì)可達(dá)到的最大檢定流量的70%~100%范圍內(nèi)運(yùn)行10min,待氣體溫度、壓力和流量穩(wěn)定后開(kāi)始檢定。測(cè)量流量點(diǎn)為qmax、0.4qmax、0.2qmaxqmin，每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量6次。將流量調(diào)整至規(guī)定的流量值，讀取被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)裝置的初始示值，到達(dá)規(guī)定檢定時(shí)間后讀取被檢流量計(jì)和標(biāo).準(zhǔn)裝置的最終示值，并測(cè)出被檢流量計(jì)處和標(biāo)準(zhǔn)裝置處的氣體壓力、溫度等參數(shù)，按規(guī)定的計(jì)算公式計(jì)算得到被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)裝置的累積脈沖數(shù)、累積流量值、流量計(jì)的K系數(shù)、示值誤差及重復(fù)性。
3數(shù)學(xué)模型建立
渦街流量計(jì)的儀表K系數(shù)的測(cè)量模型:
式中:kv為渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，m-3；N為流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù);Vs為由裝置測(cè)得的修正到渦街流量計(jì)處的實(shí)際氣體體積值,m3。
式中:Q為經(jīng)過(guò)溫度、壓力修正后的通過(guò)渦街流量計(jì)處的實(shí)際氣體體積值，m3;Ps、Pm分別為標(biāo)準(zhǔn)裝置處和流量計(jì)處的氣體表壓力，Pa;Ts、Tm分別為標(biāo)準(zhǔn)裝置處和流量計(jì)處的氣體熱力學(xué)溫度，K;Zs、Zm分別為標(biāo)準(zhǔn)裝置處和流量計(jì)處的氣體壓縮因子。
得到:
4方差
由于渦街流量計(jì)K系數(shù)的數(shù)學(xué)模型中輸入量間完全是乘積關(guān)系，且各輸人量間不相關(guān)，根據(jù)JJF1059.1--2012中關(guān)于合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的公式，K系數(shù)的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式(5)計(jì)算。
5各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定
5.1被測(cè)流量計(jì)測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(N)
采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。按照檢定規(guī)程要求，流量計(jì)分別在qmax、0.4qmax、0.2qmax、qmin各流量點(diǎn)進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)量，如表1所示。一般在測(cè)量次數(shù)較少時(shí)，可采用極差法獲得實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差[2]口流量計(jì)脈沖數(shù)的測(cè)量值滿足正態(tài)分布，本次測(cè)量次數(shù)為6次，不大于9次，采用極差法得到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).差s(N)。
式中:R為極差，即6次測(cè)量的最大值與最小值之差;C為極差系數(shù)，n=6時(shí)C=2.53。
脈沖數(shù)測(cè)量重復(fù)性帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
按式(7)計(jì)算得到渦街流量計(jì)，累積脈沖數(shù)測(cè)量重復(fù)性帶來(lái)的不確定度urel(N)分別為:0.12%、0.18%、0.16%、0.15%。
5.2標(biāo)準(zhǔn)裝置示值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Q)
音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度
由校準(zhǔn)證書給出，U=0.25%，k=2，則:.
Urel(Q)=0.25%/2=0.125%
5.3標(biāo)準(zhǔn)裝置處、被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Ps)、urrl(Pm)
標(biāo)準(zhǔn)裝置處與被檢流量計(jì)處的壓力值，分別由安裝在噴嘴處及被檢流量計(jì)處的壓力變送器測(cè)量得到，因兩臺(tái)壓力變送器的安裝位置不同，測(cè)量結(jié)果互不相關(guān)，相互獨(dú)立。兩臺(tái)壓力變送器經(jīng).檢定后合格，由檢定證書得到其最大允許誤差為±0.1%，因此相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按均勻分布計(jì)算，k=√3,則壓力測(cè)量引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:標(biāo)準(zhǔn)裝置處:
Urel(Ps)=0.1%1√3=0.0577%
被檢流量計(jì)處:
Urel(Pm)=0.1%1√3=0.0577%
5.4標(biāo)準(zhǔn)裝置處、被檢流量計(jì)處溫度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Ts)、urel(Tm)
安裝在噴嘴處及被檢流量計(jì)處的Pt100熱電阻Rs、Rm分別測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)裝置處與被檢流量計(jì)處的溫.度值為:20.83℃、20.57℃。根據(jù)檢定證書給出.的信息，Pt100熱電阻的精度等級(jí)為A級(jí)，量程為0~50℃，Rs、Rm的最大允許誤差MPE通過(guò)公.式±(0.150℃+0.002|t|)計(jì)算得到:±0.1917℃;±0.1917℃、±0.1912℃，因R、Rm的安裝位置不同，獨(dú)立測(cè)量，因此測(cè)量結(jié)果互不相關(guān)，相互獨(dú)立，按照均勻分布計(jì)算，h=√3，則溫度測(cè)量引人的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
標(biāo)準(zhǔn)裝置處:
6標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表(表2)
表2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度一覽表
| 檢定流量點(diǎn) |
urel(N) |
urel(Q) |
urel(Ps) |
urel(Pm) |
urel(Ts) |
urel(Tm) |
ucrel(kv) |
qmax
0.4max
0.2max
qmin |
0.12%
0.18%
0.16%
0.15% |
0.125% |
0.057% |
0.057% |
0.0343% |
0.0342% |
0.20%
0.24%
0.23%
0.22% |
7.結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)描述渦街流量計(jì)K系數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定過(guò)程，得到了不確定度評(píng)定的報(bào)告，其評(píng)定的方法對(duì)于氣體速度式流量計(jì)K系數(shù)的檢定結(jié)果不確定度評(píng)定具有參考價(jià)值。
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