一、概述
1.测量依据: JJG 1033-2007 《电磁流量计检定规程》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。
2.测量环境条件:环境温度:5℃~35℃,相对湿度:45%~75%,大气压力:86kPa~106kPa
3.测量标准:
是基于静态质量法测量原理的液体流量标准装置,型号为 LJY-03,测量范围(1~1800)m3/h,准确度为0.05%。由电子台秤、测量管道、标准表、压力变送器、温度变送器等部分组成。工作时通过离心水泵将地下水池的水抽到稳压罐中,通过相连接的测量管道流经被检流量计,流入称重容器并通过电子台秤进行称重,将被检流量计和电子台秤测得的质量流量进行比对计算得出示值误差,本文主要是对该示值误差测量结果进行不确定度分析。
4.被测对象:电磁流量是基于法拉第电磁感应定律工作的,在封闭管道中,设置一个与流动方向相垂直的磁场,通过测量导电液体在磁场中运动所产生的感应电动势推算出流量。本次选用的被测流量计是由横河电机(苏州)有限公司生产,型号为ADMAG AXF系列一体型电磁流量计。
5测量方法:将被测流量计按照流量计表体上标注的箭头方向装夹在对应的管线上.管道内的流体介质为水,测量工况下水温为18.1℃,粘度为1.0681Pa·s,使水流经被测流量计和流量标准装置。根据电磁流量计的工作原理,在测量过程中,通过采集被测流量计发出的累积脉冲数,输入计算机系统,利用计算机进行数据处理,从而确定被检流量计的计量性能。
二、数学模型
2.1 由于该装置为质量法装置,检定介质为液体,则流量计算公式为
式中:——第i流量点第j次检定时标准器给出的累积流量,L;
——第i检定点第j次检定时称重装置指示质量,kg;
——检定使用液体的密度,kg/m3;
——空气的密度,kg/m3
2.2 流量计K系数计算公式
第i流量点第j次检定流量计的K系数为
式中:——第i流量点第j次检定时被检流量计在检定时间内的累积脉冲数;
——第i流量点第j 次检定时流过被检流量计的实际累积流量,L。
每个流量点检定n次,第i流量点的K系数为
2.3 不确定度公式为
式中: —液体在检定状态下的体膨胀系数,1/℃;
,θ—第i检定点第j次检定时流量标准装置处和电磁流量计处的液体温度,℃;
—液体在检定状态下压缩系数,1/Pa;
,—第i检定点第j次检定时流量标准装置处和电磁流量计处的液体压力,Pa。
三、各输入量的标准不确定度评定
依据检定规程,使用液体流量标准装置对横河一台ADMAG AXF系列的准确度等级为0.2级、口径为DN50mm一体型电磁流量计进行试验。
3.1流量点在48.9m3/h时,流量标准装置标准值引入的不确定度分量ur(M)及相对灵敏系数cr(M)
本分量主要由标准装置引入的,为B类不确定度。由检定证书可知:液体流量标准装置扩展不确定度为0.05%(k=2)得
ur (M)=0.05%/2=0.025%, cr(M)= -1
该不确定度主要是标准装置所引入的,装置的误差来源主要由计时器频率稳定度、衡器的测量误差、换向器的累计时间误差、温度变送器测量误差、压力变送器测量误差等引入的。省院在检定该装置时已将以上各不确定度因素考虑在内,并给出了扩展不确定度。因此,不再考虑自动化装置运算过程的数学关系和具体的不确定度分量。
3.2被检流量计脉冲输出测量引入的不确定度分量ur(N)及相对灵敏系数cr(N)
由于脉冲计数的误差为0.1%,按矩形分布考虑,则其标准不确定度ur(N)为
,cr(N)=1
3.3液体密度测量引入的不确定度分量ur(ρ1)及相对灵敏系数cr(ρ1)
使用的水密度计的测量范围是(995~1000)kg/m3,分度值为0.1kg/m3,在测量点的不确定度为Ur==0.01%,按矩形分布,则其标准不确定度分量ur(ρ1)及相对灵敏系数cr(ρ1)
,
3.4空气密度测量所引入的不确定度分量ur(ρa)及相对灵敏系数cr(ρa)
由于空气密度的计算公式为ρα= ,p为大气压力(kPa);Z为压缩系数;t为空气温度(℃)。在20℃,101.325kPa 时,Z为0.99963,则ρa(20℃)=1.204kg/m3;环境温度在(5-45)℃之间变化时,空气密度的不确定度Uг(ра)不大于10%,按矩形分布考虑,则其标准不确定度分量ur(ρa)及相对灵敏系数cr(ρa)
=5.78%,
3.5液体膨胀系数所引入的不确定度分量ur(β)及相对灵敏系数cr(β)
由于液体膨胀系数 Uг(β) =25% ,按矩形分布,则其标准不确定度分量ur(β)及相对灵敏系数cr(β)
uг(β)==14.44%,
由检定记录可知,最大值为0.1℃,则
3.6、被检流量计处液体温度所引入的不确定度分量ur(θ)及相对灵敏系数cr(θ)
使用的温度变送器的最大误差为0.1℃,水温为18.1℃,因此 Uг(θ)= =0.55%,按矩形分布,则其标准不确定度分量ur(θ)及相对灵敏系数cr(θ) uг(θ)==0.319%,
3.7 标准器处液体温所引入的不确定度分量ur(θs)及相对灵敏系数cr(θs)
同理可得 uг(θs)=0.319%, cr(θs)=-βθs=-1.78×10-3
3.8 重复性所引入的不确定度分量ur(Er)及相对灵敏系数cr(Er)
由检定记录给出,每个流量点重复检定6次,用贝塞尔公式;流量点在48.9m3/h时,重复性为0.013%,则不确定度为 uг(Eг)=0.013%, cr(Er)=1
3.9 K系数误差引入的不确定度分量ur(E)及相对灵敏系数cr(E)
根据检定记录,流量点在48.9m3/h时所得K系数为62.0123L-1,由于K系数的误差为 =0.007/% ,按分布考虑,则不确定度为:
uг(E)==0.004%, cr(E)=1
4. 流量点在48.9m3/h时,合成标准不确定度及扩展不确定的度评定
μrel(E) =
4.1流量点在48.9m3/h时,各不确定度分量汇总及计算表
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7. 结束语
测量不确定度是针对于每一个示值误差测量结果的,因此对一次实验中每一个流量点都应分别给出相应的测量不确定度。并且在每一次校准实验中,检测人员、环境条件以及检测设备等状态都可能不一样,因此对每一次校准实验都应进行相应的测量不确定度的评定。