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转子流量计使用过程中的不确定因素
转子流量计在使用过程中的不确定因素常州市常法仪器仪表有限公司1测量问题
液体容积式流量计是按照JJG667-2010《液体容积式流量计检定规程》,以实际使用油品为介质,采用容积法(开放式)在线进行检定的。根据检定规程要求,广东省惠州市质量计量监督检测所配备二等标准金属量器,标准金属量器的容量为1000L。本文以本标准检定0.2级液体容积式流量计(以下简称流量计)为例,对其容量示值误差的不确定度进行分析。
2数学模型
根据规程,容积法(量器为开放式结构)标准值的计算公式为:
式中,V为检定用标准金属量器的实际体积,L;Vs为检定用标准金属量器读出的容积,L;βs为检定用标准金属量器的体膨胀系数,℃-1;ts为检定用标准金属量器处液体温度平均值,℃。
根据规程,累积流量的计算,将V的值换算到流量计检定条件下的累积流量实际值,公式为:
式中,Qs为被检流量计处的累积流量值;β为液体膨胀系数,℃-1;κ为液体压缩系数,Pa-1;tm、ts为流量计和检定用标准金属量器处液体温度平均值;pm、ps为流量计和检定用标准金属量器处液体表压力平均值,Pa。
将式(1)代入式(2),并整理得:
为了简化下步分析的需要,可对式(3)作必要的简化,即对不确定度分析结果的影响量可忽略不计的项去除,以便建立数学模型、方差及灵敏系数的计算等。如式(3)中的βs.β(ts-20).(tm-ts)项与[1+β(tm-ts)+βs(ts-20)]之比,起码小至10-4数量级;[1-k(pm-ps)]=1的修约准确度也在10-10数量级以上。据此,式(3)可简化如下:
注:①不锈钢体膨胀系数:βs=50×10-6℃-1;液体体膨胀系数:-β柴油=9×10-4℃-1,-β汽油=12×10-4℃-1。②液体的压缩系数:k水=5×10-5atm-1,k脱气石油=(4×10-5~7×10-5)atm-1。
根据规程,被检流量计的示值误差计算,即被检流量计累积流量误差的计算,可使用下式:
式中,Qm为被检流量计示值,L。
将式(4)代入式(5),得:
3方差和灵敏系数
由式(6)可得合成方差为:
式中灵敏系数为:
注:①(tm-ts)按规程规定,应在±0.5℃内,即可取(tm-ts)=0.5℃;②ts取规程规定的实验温度极限值的半宽,即ts=15℃。
4标准不确定度一览表
标准不确定度一览表,见表1。5计算分量标准不确定度
5.1流量计累积流量示值的不确定度u(Qm)
5.1.1测量重复性的不确定度分量u1(Qm)
流量计测量重复性不确定度分量u1(Qm)是用标准金属量器对其作10次等精度测量,以实验标准差s评定,测量数据如下(单位:L):1001.2、1000.6、1000.2、1000.4、1000.2、1000.8、1000.2、1000.4、1001.2、1000.6。
由于实际检定通常取3次测量的平均值,于是:
自由度:v1=n-1=9
5.1.2流量计示值估读误差的不确定度分量u2(Qm)
通常,准确度较高的表盘指针式读数的仪表分辨力为1/10分度,次之,也具有1/5分度的分辨力。在此,结合规程的规定,按后者进行分析,即读数误差±0.2L,按均与分布,则
估计其可靠性为10%,则
因此,流量计在试验温度下累积容量的不确定度分量u(Qm)为:
有效自由度为:
5.2标准金属量器容积20℃示值误差的不确定度分量u(Vs)
根据国家检定系统,二等标准金属量器相对不确定度δ=2.5×10-4,覆盖因子k=3,则:
按正态分布,自由度:
v(Vs)=∞
5.3油品的体膨胀系数的不确定度分量u(β)
柴油的体膨胀系数β=9×10-4/℃,由规程提供的β的不确定度为5×10-6/℃,k=2,则其不确定度为:
估计其可靠性为10%,则
5.4 标准金属量器(材质类型为不锈钢)的体膨胀系数的标准不确定度分量u(βs)
标准金属量器(材质类型为不锈钢)的体膨胀系数,由规程提供的βs的不确定度为5×10-6℃-1,k=2,则其不确定度为:
估计其可靠性为10%,则:
5.5流量计油温测量的不确定度分量
测量油温用的温度计,Zda允许误差为±0.2℃,属均与分布,则其标准不确定度为:
估计其可靠性为10%,则:
5.6标准量器内油温的不确定度分量u(ts)
测量油温用的温度计,Zda允许误差为±0.2℃,属均与分布,则其标准不确定度为:
估计其可靠性为10%,则:
6合成标准不确定度
合成标准不确定度为:
7有效自由度
有效自由度为:
8扩展不确定度
为获得置信概率为95%的扩展不确定度,由vef(△Q)=28,查t分布表得:
t95(28)=2.05
所以,扩展不确定度为:
U95=t95(28)×uc(△Q)=2.05×0.30=0.61≈0.6(L)
转化成相对不确定度为:
9扩展不确定度表达报告
在符合本分析条件下检定/校准流量计的累积流量示值误差扩展不确定度可表达为:
Urel=0.06%,k=2,p=95
常州市常法仪器仪表有限公司- 2004-07-20 10:02:38
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