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计量保证方案在水表检定装置量值溯源中的应用

发表时间：2020/6/3 来源：《中国建筑知识仓库》2020年1期作者：朱艳

[导读] 摘要：水表作为水流量测量仪表之一，使用十分广泛，用于贸易结算的水表属于强制检定的计量器具。利用计量保证的优越性在水表检定装置量值溯源中进行应用，通过制定量值保证方案，选择合适的传递标准和核查标准，设计数学模型，分别对传递标准和核查标准进行试验，对所得数据进行分析，根据最终数据的分布情况来判定结果的可靠与否，从而判断需要溯源的装置是否在控。本文就计量保证方案在水表检定装置量值溯源中的应用展开探讨。

1水表的计量标准简介
        按JJFL022—200L《计量标准命名》规定，主要有水表检定装置（12317100）、水流量标准装置（12313303）和标准表法水流量标准装置（12313311）等3种计量标准。一般情况下，水表制造企业的最高计量标准为企业中所有符合要求的水表检定装置，按照目前流量仪表规程体系的划分，水表检定装置划入“液体流量标准装置”范围内，依据JJGL64—2000《液体流量标准装置计量检定规程》进行检定。水表制造企业在取得计量器具制造许可证前，或水表检定站在取得开展检定的授权前，均应完成水表计量标准的建立，并按JJFL033—200L《计量标准考核规范》的要求和方法进行计量标准的考核。
2方案的设计和标准的开发
        作为计量保证方案(MAP)的主导实验室，首先设计出一套完整的量传方案，在方案的框架下，对参加实验的实验室进行量传。本次方案中选用了OVAL容积式流量计，准确度0.1级，流量范围为0.2～3.5m3/h作为传递标准，选用了0.2级，口径为DN25mm的电磁流量计流量范围为0.1～10m3/h作为核查标准进行试验，配套了前后直管段，保证测量过程流量稳定，由于容积式流量计的特点，水表检定装置的启停效应对其影响不大，所以可以比较可靠的在本项目中作为传递标准;水表检定装置的水质一般都比较差，即使在传递标准前后都增加了过滤网，但也不免有细小的杂质通过，为了保证测量过程的可靠性，特增设了一套核查标准，对测量的过程和传递标准的数据进行核查，其数据不作为计算分析使用。先使用二等金属量器对主导试验的参考标准即0.2级的水表装置进行检定，保证装置量器的准确度，然后用检定过的水表检定装置在流量1.5m3/h下对传递标准0.1级的容积式流量计检定三次，得出流量计的示值误差，并分析流量计的不确定度。在参加实验室的工作标准上，相同流量点下，对传递标准测量三次，分析其不确定度。
3数学模型
        以水为检定用介质，考虑到检定过程中温度的影响，工作量器在20℃的体积：
（1）
式(1)中：V-标准量器注入工作量器中的水容积值，L；β-温度为θ3时液体的体胀系数，1/℃；α1、α2、α3-分别为工作量器标尺、工作量器材料、标准量器材料的线胀系数，1/℃；θ1、θ2、θ3-分别为测量室温、工作量器、标准量器的温度，℃。工作量器在20℃下，其在检定容积下对应液位高度为h0，若计量颈分度容量为I，V对应的液位高度h为：
（2）
所以在工作量器计量颈内任意给定高度H所对应的容量为：
（3）
若计量颈分度容量检定时所用容量为VF，注入计量颈对应液位高度差ΔH，
即，令Δh=H-h0，将式(1)代入式(3)中可得：
（4）
由于被检容器、标准容器、标尺均采用不锈钢材料即α1=α2=α3，令α=α1=α2=α3式(4)经简化为：
（5）
4规范装置检定的具体控制
        (1)在检定条件方面，原规程规定标准设备的不确定度应优于工作设备不确定度，未给出量化指标，新规程规定了检定设备计量性能的具体要求，增加了超声测厚仪，提出了环境条件的一般要求。(2)在检定项目上，增加了“附属设备及随机文件检查”、“工作量器壁厚检验”、“活塞系统”等项目，并区分首次检定、后续检定和使用中检查，取消了“计时器检定”、“启停效应检定”、“动态效应检定”等项目。(3)在检定方法上，由“不确定度评定”改为“证书合格性检查”，JJG164－2000《液体流量标准装置》中采用不确定度评定的方式开展检定，新规程改为对装置的各主要组成进行合格评定，规定各组成部分具有检定(或校准)证书且在有效期内的，其误差满足相关条款规定即可，无检定(或校准)证书按规程给出的方法进行检定。(4)在检定结果的处理上，原规程只有附录“检定证书的内页格式”，新规程增加了附录“检定证书及检定结果通知书(内页)格式”，与检定项目相对应地增删了相关信息。
5实施过程
        利用上述方案及判定准则，分别选取了A、B、C、D四个城市的水表装置进行了试验，最终测量实验数据如表1所示。通过四个城市的传递实验，由于主导实验室的传递标准的测量不确定度U=0.24%(k=2)，所以在四个实验的测试中，传递标准的测量不确定度均符合要求，D城市的传递标准测结果示值误差超差，故测量结论为失控。在控实验室利用二等金属量器进行复检，其结果和核查结果一致，对失控实验室装置进行复检，发现数值确实超出范围。
表1实验数据

6新规程中值得思考的问题
（1）关于规程名称。新规程名称为“水表检定装置”，从实际内容看，适用于冷水水表检定的装置。国家标准GB778.1规定了水表包括饮用冷水水表和热水水表，国家计量技术法规则包括JJG162《冷水水表检定规程》和JJG686《热水水表检定规程》。本规程若命名为“冷水水表检定装置”，不仅可与水表国家标准、检定规程相对应，也更加直观、贴切、一目了然。（2）关于适用范围。新规程的适用范围，在JJG164－2000《液体流量标准装置检定规程》的基础上，增加了流量时间法(活塞式)水表检定装置，但标准表法水表检定装置仍然依据JJG643《标准表法流量标准装置》。而实际在用的水表检定装置，特别是大口径水表检定装置，通常一套装置上包含多种工作方法，如，容积法+标准表法、质量法+标准表法等等，对检定人员来说，检定时需依据两个检定规程，出具两份检定证书，对用户而言，则可能面临承担两份检定费用的问题;同时，还存在检定周期不一致的问题，JJG643《标准表法流量标准装置》规定检定周期一般不超过标准流量计的检定周期，采用不同类型的标准流量计，检定周期也必然不同。若能将新规程的适用范围扩大到标准表法水表检定装置，将有利于检定的实际操作。
结语
为防止水表检定标准装置在使用过程中出现不确定度变化等情况，因此需要定期核查该水表检定装置的各个不确定度分量，若装置测量不确定度评定中出现超标，应对设备进行整改，以保证该水表检定装置量值传递的准确。
参考文献
[1]倪育才. 实用测量不确定度评定 (第二版)[M]// 实用测量不确定度评定, （第二版）. 中国计量出版社, 2007.