油库液体容积式流量计示值误差测量不确定度评

JJG667-2010《液体容积式流量计检定规程》。

大气温度:5℃~35℃, 相对湿度:35%~85%, 大气压力: (86~106) k Pa。

二等标准金属量器 (容积为2000L) , 数字防爆温度计 (分度值为0.1℃) , 秒表 (分度值为0.01s) 。

常规的螺旋转子流量计 (0.2级) 。

车用汽油。

在规定的环境条件下, 按照检定规程规定的测量程序进行现场检定, 以油库工况下固定的发油流量点发油, 测量3次, 计算得到被检流量计的相对示值误差。

为使测量结果在不确定度评定过程中更具逻辑性, 采用分步的方式构建数学模型。

(1) 数学模型 (1) :标准金属量器处液体实际体积值 (V) , L

(2) 数学模型 (2) :温度修正系数 (K_t)

(3) 数学模型 (3) :压力修正系数 (K_p)

(4) 数学模型 (4) :被检流量计处累积流量实际值 (Q_s) , L

(5) 数学模型 (5) :被检流量计相对示值误差 (E) , %

以上诸式中:V_s———标准金属量器读出容积, L;β_s———标准金属量器的体膨胀系数, ℃^-1;β———液体膨胀系数, ℃^-1;k———液体压缩系数, Pa^-1;t_s、t_m———标准金属量器和被检流量计处液体温度平均值, ℃;p_s、p_m———标准金属量器和被检流量计处液体表面压力平均值, Pa;Q_m———被检流量计累积流量示值, L。

由于现场检定时, 压力修正系数 (K_p) 对测量结果的影响非常小, 可忽略不计, 故将数学模型 (4) 简化为Q_s=V×K_t。

检定介质为车用汽油 (β=12×10^-4℃^-1) , 标准金属量器材质为不锈钢 (β_s=50×10^-6℃^-1) 。

(1) 测量结果的重复性引入的相对标准不确定度

选取一台常规的螺旋转子流量计 (0.2级) , 在油库固定发油流量点进行检定, 结果如表1所示。

测量结果的重复性引入的相对标准不确定度为

(2) 分辨力引入的相对标准不确定度

该被检流量计分辨力为0.1L, 由其引入的相对标准不确定度为

u_{r (1-1)} 和u_{r (1-2)} 两者不能重复考虑, 取较大者。因此:

由数学模型 (1) V=V_s×[1+β_s (t_s-20) ], 可得:

(1) 标准金属量器引入的相对标准不确定度分量u_r (V_s)

(2) 标准金属量器体膨胀系数引入的相对标准不确定度分量u_r (β_s)

依据检定经验, 考虑到气候条件的影响, 检定时油库发油温度控制在 (20±10) ℃范围内。取极限温度值t_s=30℃。

相对灵敏系数为

(3) 标准金属量器内油温引入的相对标准不确定度分量u_r (t_s)

依据数字温度计的校准证书, 温度测量值的扩展不确定度U=0.2℃, k=2。取温度极限值t_s=30℃。因此

相对灵敏系数为

(4) 由数学模型 (1) 得到的相对标准不确定度u_r (V)

由数学模型 (2) K_t=1+β (t_m-t_s) , 可得:

(1) 液体膨胀系数引入的相对标准不确定度分量u_r (β)

车用汽油的体膨胀系数β=12×10^-4℃^-1, 查资料, 其不确定度为U=1.2×10^-4℃^-1, 符合均匀分布。因此

依据JJG667-2010规定:一次检定过程中, 检定介质的温度变化不应超过±0.5℃, 取t_m-t_s=0.5℃, 则相对灵敏系数为

(2) 标准金属量器内液体温度引入的相对标准不确定度分量u_r (t_s)

依据数字温度计的校准证书, 温度测量值的扩展不确定度U=0.2℃, k=2。

依据检定经验, 考虑气候条件影响, 检定时油库发油温度控制在 (20±10) ℃范围内。取极限温度值t_s=30℃。因此

相对灵敏系数为

(3) 被检定流量计处液体温度引入的相对标准不确定度分量u_r (t_m)

依据数字温度计的校准证书, 温度测量值的扩展不确定度U=0.2℃, k=2。

依据检定经验, 考虑气候条件影响, 检定时油库发油温度控制在 (20±10) ℃范围内。取极限温度值t_m=30℃, 因此

相对灵敏系数为

(4) 由数学模型 (2) 得到的相对标准不确定度u_r (K_t)

由数学模型 (4) Q_s=V×K_t, 可得:

相对标准不确定度u_r (Q_s) 为

各项相对标准不确定度分量彼此独立, 依据不确定度传播率, 求得合成标准不确定度为

取k=2, 则流量计累积流量相对误差的扩展不确定度为U=u_c×k=0.06%

被检流量计工况下固定发油流量点的累积流量相对误差为0.07%, 其扩展不确定度为U=0.06%, k=2。

为简化评定过程, 本文在计算灵敏系数时, 未根据实测温度计算, 而是直接取极限温度值。在实际计算过程中, 可根据具体情况评定上述分量, 以获得更准确的测量结果不确定度。