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            電磁流量計

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            電磁流量計測得值的不確定度評定( 靜態容積法)

            來源:www.bahis16.com作者:發表時間:2022-02-17 09:53:14

                摘 要: 為保證電磁流量計在測量過程中受液體溫度、壓力、流量等參數影響下測得值的準確、可靠,因此測得值的不確定度評定十分重要。本文依據國家檢定規程 JJG 1033 - 2007《電磁流量計》,選取靜態容積法水流量標準裝置為測量裝置,以 DN100 的電磁流量計為例,進行測得值的不確定度分析與評定。

             
            引言
            電磁流量計是一種基于法拉第電磁感應定律的流量計,廣泛應用于導電液體的體積流量測量。[1]隨著技術的發展,電磁流量計的測量精度得到了很大的提升。為保證電磁流量計在測量過程中受液體溫度、壓力、流量等參數影響下測得值的準確、可靠,現對電磁流量計的測得值進行不確定度評定。 
             
            1 檢測方法
            依據國家檢定規程 JJG 1033 - 2007《電磁流量計》,使用靜態容積法水 流量標準裝置 ( Urel = 0. 05% ,k = 2) 對電磁流量計的示值誤差進行檢測。本文以一臺準確度等級為 0. 2 級、口徑為 DN100,量程范圍為( 14. 0 ~ 140. 0) m3 /h 的電磁流量計為例進行評定。 
             
            2 測量模型簡述
            2. 1 測量模型
            電磁流量計的示值誤差( 相對示值誤差) 計算公式為:
            電磁流量計的示值誤差( 相對示值誤差) 計算 公式
            其中:
            Qs計算公式
            式中: E———被檢定檢流量計的相對示值誤差,%; Q———被檢定流量計顯示的累積流量值,m3 ;
            Qs———檢定時標準器換算到流量計處狀態的累積流量值,m3 ; 
            Vs———標準器測得的液體實際體積( 測量值取3. 0003m3) ,m3 ; 
            β———檢定用液體在檢定狀態下的體膨脹系數( 取 2. 1 × 10 - 4℃ - 1) ,℃ - 1 ; 
            θs———檢定時標準器處的液體溫度( 測量值取18. 0℃ ) ,℃ ;
            θm———檢定時流量計處的液體溫度( 測量值取18. 5℃ ) ,℃ ; 
            κ———檢定用液體在檢定狀態下的壓縮系數( 取 4. 5 × 10 - 4MPa - 1) ,MPa - 1 ; 
            ps———檢定時標準器處的液體壓力( 測量值取0MPa) ,MPa; 
            pm———檢定時流量計處的液體壓力( 測量值取0. 12MPa) ,MPa。
             
            2. 2 靈敏系數
            由測量模型求得靈敏系數:
            由測量模型求得靈敏系數
            2. 3 示值誤差的合成標準不確定度
            根據方差和傳播律[2]可得:
            公式
            20220217093540.jpg
            由于 Q≈Qs,則可得合成標準不確定度公式為:
            標準不確定度公式
             
            3 標準不確定度分析
            示值誤差的不確定度來源主要由: ( 1) 被檢電磁流量計顯示流量 Q 測量重復性引入的不確定度; ( 2) 標準器流量 Qs 引入的不確定度。其中,標準器 Qs 引入的不確定度[3]主要來源于: 
            ( 1) 水流量標準裝置引入的標準不確定度,包括裝置引入的不確定度以及裝置流量穩定性引入的不確定度; 
            ( 2) 檢測液體的體膨脹系數引入的標準不確定度; 
            ( 3) 液體溫度引入的標準不確定度,包括被檢流量計處的液體溫度以及標準器處的液體溫度; 
            ( 4) 檢測液體的體積壓縮系數引入的標準不確定度; 
            ( 5) 液體壓力引入的標準不確定度,包括被檢流量計處的液體壓力以及標準器處的液體壓力。 
             
            4 被檢電磁流量計顯示流量 Q 測量重復性引入的不確定度
             
            本次試驗選取的被檢流量計為 0. 2 級 DN100的電磁流量計,以最大流量點 qmax = 140m3 /h 為例,其測量數據如表 1 所示。根據貝塞爾公式計算重復性可得 Er = 0. 01% 。由于在重復性條件下實際測量了 6 次,以 6 次的測量算術平均值為測得值,則顯示流量 Q 測量重復性引入的相對標準不確定度為:
            顯示流量Q測量重復性引入的相對標準不確定度
            電磁流量計最大流量點 qmax = 140m3 /h 測量數據
            5 標準器流量 Qs 引入的不確定度
            5. 1 水流量標準裝置的不確定度
            5. 1. 1 裝置引入的不確定度
            由標準裝置檢定證書可知,水流量標準裝置的相對不確定度:
            水流量標準裝置的 相對不確定度
            以測量值 Vs = 3. 0003m3 為例,則流量標準裝置引入的標準不確定度:
            流量標準裝置 引入的標準不確定度
            5. 1. 2 裝置流量穩定性引入的不確定度
            在測量過程中,裝置的流量穩定性對單次測量時間以及單次測量標準器的實際累積體積有影響。因此應考慮流量穩定性對測得值的影響。以最大流量點 qmax = 140m3 /h 為例,進行各累計時間之間的流量穩定性試驗,連續測量 10 次,其測量數據如表2 所示。
            流量穩定性測量數據
            根 據 JJG 164 - 2000 求得流量平均值 q = 137. 528m3 /h,各累計時間流量穩定性 Eq = 0. 16% 。按三角分布計算,則流量穩定性引入的相對標準不確定度為:
            則流量穩定性引入的相對標準不 確定度
            根據 Vs = 3. 0003m3,則流量穩定性引入的標準不確定度為:
            u V( )s 2 = urel V( )s 2·Vs = 0. 001960 m3
            得水流量標準裝置引入的標準不確定度為:
            水流量標準裝置引入的標準不確定度
            靈敏系數為:
            靈敏系數
            5. 2 檢測液體的體膨脹系數的標準不確定度
            檢測液體為清潔水,由于試驗時的水溫變化不超過 ± 0. 5℃。經查相關手冊,可得檢測液體的體膨脹系數的變化量 ±8 ×10 -6℃ -1。按均勻分布計算,則:
            體膨脹系數
            靈敏系數為:
            靈敏系數
            5. 3 液體溫度的標準不確定度
            液體溫度測量設備均為溫度變送器,其最大允許誤差均為 ± 0. 1℃,按均勻分布計算,則:
            液體溫度的標準不確定度
            靈敏系數為:
            靈敏系數
            5. 4 檢測液體的體積壓縮系數引入的標準不確定度
            檢測液體為清潔水,由于試驗時的水壓的最大變化量不超過 0. 2MPa。經查相關手冊,可得檢測液體的體積壓縮系數的變化量 ± 9 × 10 - 5 MPa - 1。按均勻分布計算,則:
            體積壓縮系數的
            靈敏系數為:
            靈敏系數
            5. 5 液體壓力引入的標準不確定度
            液體壓力測量設備均為壓力變送器,其最大量程為 1. 6MPa,準確度等級為 0. 5 級,則最大允許誤差為 ± 0. 008MPa,按均勻分布計算,則:
            液體壓力引入的標準不確定度
            靈敏系數為:

            5. 6 Qs 的不確定度概算
            根據上述各不確定度分量的分析,其計算數據如表 3 所示。
            不確定度分量分析一覽表
            則 Qs 引入的標準不確定為:
            Qs 引入的標準不確定
            Qs 引入的相對標準不確定為:
            Qs 引入的相對標準不確定
             
            6 電磁流量計的示值誤差的測量不確定度
            根據示值誤差 E 的合成標準不確定度公式,計算合成標準不確定度為:
            根據示值誤差 E 的合成標準不確定度公式,計 算合成標準不確定度
             k = 2,則擴展不確定度為:
             k = 2,則擴展不確定度
            7 結語
            不確定度是用來表征測得值分散性或不可確定程度的一個定量參數,主要用于判斷測得值的可靠程度。通過以上分析計算,該電磁流量計在 qmax = 140m3 /h 測量點下的擴展不確定度為:
             
            U( E) = 0. 14% ( k = 2)
             
            在流量、壓力、溫度等不同條件下,均應對測得值的不確定度進行重新計算; 本次不確定度評定選取的是靜態容積法水流量標準裝置,如選用靜態質量法水流量標準裝置,則該電磁流量計測得值的不確定度也需重新評定,從而保證測得值不確定度評定的準確。
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