1 概述

本中心靜態(tài)質(zhì)量 法 水 流 量 標(biāo) 準(zhǔn) 裝 置 型 號(hào) 為LBY － 150，流量測(cè)量范圍( 0. 2 ～ 450) m3 /h，管徑測(cè)量范圍 DN( 15 ～ 200) mm，用于對(duì)各類液體流量計(jì)實(shí)施強(qiáng)制檢定�？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較高，理論上不受被測(cè)介質(zhì)溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響，廣泛應(yīng)用于貿(mào)易結(jié)算和計(jì)量交接。［1］本文所用質(zhì)量流量計(jì)由艾默生過程控制有限公司制造，準(zhǔn)確度等級(jí)為 0. 2 級(jí)，質(zhì)量流量范圍( 2. 78 ～ 27. 78) kg /s，電源電壓 220V，輸出( 4 ～ 20) mA 電流信號(hào)。 2 不確定度評(píng)定

 

2. 1 測(cè)量模型建立

本裝置采用質(zhì)量法進(jìn)行檢定，不使用砝碼，每次測(cè)量的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量 Qs 按式( 1) 計(jì)算:

Qs = M·c ( 1)

式中: Qs—實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，kg; M—電子天平示值，kg; c—浮力修正因子。

 

浮力修正因子 c 按式( 2) 計(jì)算: ［2］

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量 qs 按式( 3) 計(jì)算:

 

式中: t———測(cè)量時(shí)間，s。

 

由此可得測(cè)得值的示值誤差:

2. 2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及靈敏系數(shù)

 

根據(jù)測(cè)量不確定度的傳播律，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc 按式( 5) 計(jì)算:

式中: ct、cM、cρ水 、cρ氣 、cq———計(jì)時(shí)器、電子天平、水密度、空氣密度及流量計(jì)重復(fù)性等輸入量的靈敏系數(shù)，分別為:

 

式中: ut、uM、uρ水 、uρ氣 、uq 分別為計(jì)時(shí)器、電子天平、水密度、空氣密度和流量計(jì)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

 

3 各輸入量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3. 1 計(jì)時(shí)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ut

本裝置單次檢定時(shí)設(shè)置時(shí)間一般為 60s，由大量檢定實(shí)驗(yàn)可知，其顯示時(shí)間在( 59. 965s ～ 60. 035s) 區(qū)間內(nèi)，故取其不確定度區(qū)間半寬度0. 035s，按均勻分布考慮，則:

 

3. 2 電子天平引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uM

檢定時(shí)選用 6t 的電子天平，非常大允許誤差為± 500g。其不確定度區(qū)間半寬度為 0. 5kg，按均勻分布考慮，則:

3. 3 水密度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uρ水

本裝置配置的水池尺寸約為 7m × 7m × 5m，取非常大測(cè)量量程 450m3 /h，按單次檢定時(shí)間 60s 計(jì)算，水池池面下降非常大不會(huì)超過 15cm 左右，再通過消氣裝置除氣，故不考慮水流波動(dòng)和氣泡對(duì)水密度的影響，只考慮水溫變化對(duì)密度的影響。由大量實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)某個(gè)流量點(diǎn)的三次檢定過程中，水溫變化一般不超過 ±0. 2℃。假設(shè)水溫在 20℃時(shí)檢定，查水溫與密度對(duì)照表可知:

 t1 =19. 5℃，ρ1 =998. 334kg /m3 ; 

t2 =20. 0℃，ρ2 =998. 232kg /m3 ; 

t3 =20. 5℃，ρ3 =998. 128kg /m3。

通過計(jì)算可知: 當(dāng)水溫在( 19. 8 ～ 20. 2) ℃時(shí)，密度為( 998. 1904 ～998. 2728) kg /m3，其不確定度區(qū)間半寬度為0. 0412kg /m3，按均勻分布考慮，則:

3. 4 空氣密度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uρ氣

濕空氣的密度不能被直接測(cè)量，通常需依據(jù)大氣壓、干球溫度、濕球溫度等參數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，［3］實(shí)際測(cè)量比較繁瑣，本文使用干空氣的密度來評(píng)定其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。假設(shè)空氣溫度在 20℃ 時(shí)檢定，檢定過程中空氣溫度變化非常大不超過 1℃，查空氣密度表可知: 當(dāng)溫度在( 19 ～ 21) ℃ 時(shí)，干空氣密度為( 1. 201 ～ 1. 209) kg /m3，其不確定度區(qū)間半寬度為 0. 004kg /m3，按均勻分布考慮，則:

 

3. 5 流量計(jì)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uq

測(cè)量重復(fù)性是被測(cè)量估計(jì)值的不確定度的一個(gè)分量，本文被測(cè)量估計(jì)值取 10 次重復(fù)測(cè)量的平均值，得到數(shù)據(jù)如表 1 所示。

由貝塞爾公式求單次測(cè)得值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s = 0. 004854kg /s，則由重復(fù)性導(dǎo)致的非常佳估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

4 靈敏系數(shù)計(jì)算

取某次測(cè)量數(shù)據(jù)，t = 60. 033s，q = 23. 6001kg /s，M =1416. 792kg，取常壓、20℃下的水密度 998. 232kg /m3，

干空氣密度1. 205kg /m3。代入式( 6) ～式( 10) ，可得: 

ct = 0. 01664s － 1 

cM = － 7. 050 × 10 － 4 kg － 1 

cρ水 = 1. 209 × 10 － 6m3 /kg 

cρ氣 = － 1. 002 × 10 － 3m3 /kg 

cq = 0. 04232s/kg

 

5 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

將以上結(jié)果代入式( 5) ，計(jì)算可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc = 0. 0398% ，則:擴(kuò)展不確定度 U = k·uc = 0. 080% ，k = 2由此可得: 該質(zhì)量流量計(jì)符合準(zhǔn)確度等級(jí)的要求，示值誤差檢定合格。