具有蒸汽流量計量表校準(zhǔn)功能氣體流量裝置測量不確定度評定

發(fā)布：2019-01-10 | 點擊：人次

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以臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為代表，扼要闡述了具有蒸汽流量計校準(zhǔn)功能的標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量不確定度評定方法和步驟。

1、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介紹

標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置以標(biāo)準(zhǔn)流量計為標(biāo)準(zhǔn)器，使流體連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)流量計和被檢流量計，比較兩者的輸出瞬時流量值，或比較一段時間內(nèi)的累積流量值，從而確定備件流量計的計量性能。

臨界流音速噴管氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置作為一種典型標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要由氣源、試驗管路、并聯(lián)臨界流音速噴管組和控制設(shè)備四部分組成。

公司2007年建成了一套以臨界流音速噴管組為標(biāo)準(zhǔn)表的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，裝置作為壓縮空氣和蒸汽兩種介質(zhì)流量計共用的流量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中采用zui為科學(xué)和權(quán)威的蒸汽流量計量溫度、壓力補償?shù)臄?shù)學(xué)模型，通過氣體流量裝置與國家蒸汽流量計量煙臺檢定站蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實流標(biāo)定比對、數(shù)據(jù)擬合處理，確保準(zhǔn)確可靠地實現(xiàn)蒸汽流量計校準(zhǔn)。

2、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定

2.1數(shù)學(xué)模型

本裝置采用臨界流音速噴管作為標(biāo)準(zhǔn)表，流體介質(zhì)為空氣，其單個臨界流音速噴管的實際質(zhì)量qm和體積流量qv計算公式為：式中：ρ、p、T分別為被檢流量計處的空氣密度（kg/m3）、絕對壓力（Pa）、熱力學(xué)溫度（K）

A—噴嘴喉部面積；（mm）C—噴嘴流出系數(shù)；C*—臨界流函數(shù)；P0—噴嘴前氣體的滯止壓力（Pa）；T0—噴嘴前氣體的滯止溫度（K）；R—通用氣體常數(shù)，其數(shù)值為8314.51J/（kmol.K）；M—空氣千摩質(zhì)量，其數(shù)值為28.9625kg/（kmol）。

作為標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，本裝置利用多個臨界流音速噴管（標(biāo)準(zhǔn)流量計）并聯(lián)方法，累加流過每個臨界流音速噴管氣體流量來擴大裝置的氣體流量范圍。

由于每個臨界流音速噴管都是獨立工作的，所以n個臨界流音速噴管并聯(lián)組合后裝置氣體流量計量不確定度可以表示為由（3）式可以得出：多個臨界流音速噴管并聯(lián)組合后并不會降低標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量不確定度，此時裝置測量不確定度一定不超過噴管組中單個臨界流音速噴管氣體流量不確定度的zui大值。因此，可以依據(jù)式（1）數(shù)學(xué)模型，通過評定單個臨界流音速噴管氣體流量不確定度方法，確定多個臨界流音速噴管組合后裝置氣體流量測量不確定度。

2.2輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

由于檢定和使用音速噴管時都是在空氣介質(zhì)下進行的，A、C*、M和R的值相同，因此可忽略該四項引入的不確定度。

（1）流出系數(shù)C的不確定度

按照J(rèn)JG620-2008《臨界流文丘里噴嘴檢定規(guī)程》要求，在95%的置信概率下，U=0.2%。因測量次數(shù)為6，可得t95=2.45，則有

（2）音速噴管入口處滯止壓力P0的不確定度

所用壓力變送器滿量程為1000kPa，允許誤差為滿量程的0.1%，因此，當(dāng)P0取800kPa時，按均勻分布，則有

（3）音速噴管入口處滯止溫度T0的不確定度

所用溫度變送器滿量程為100℃，允許誤差為滿量程的0.1%；考慮滯止容器溫度不均勻性（0.2K）影響，因此，當(dāng)T0取300K時，按均勻分布，90%可靠，則有

（4）被檢流量計處的溫度T和壓力P的不確定度

本裝置中被檢流量計處溫度T和壓力P的測量儀器與測量音速噴管入口滯止溫度壓力的儀器相同，單獨考慮檢定管路內(nèi)溫度不均勻性為0.5K。因此可得

（5）計時器的不確定度

當(dāng)被檢表為累積式流量計（如渦街流量計）時，考慮計時器的不確定度。由于計時器時間間隔zui大相對不確定度出現(xiàn)在zui短測量時間，本裝置一次檢定zui短時間為30s。

本裝置選用標(biāo)稱頻率3.5×10-4和6.2×10-4的晶振，校準(zhǔn)證書給出準(zhǔn)確度分別為3.5×10-4和6.2×10-4，按zui低準(zhǔn)確度和均勻分布考慮，則有

（6）空氣與蒸汽介質(zhì)換算引入的不確定度

①比對分析蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度和穩(wěn)定度引入的分量

國家蒸汽流量計量煙臺檢定站蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用冷凝稱重法原理，試驗介質(zhì)為干飽和蒸汽、微過熱蒸汽。裝置的不確定度U=0.18%（p=95%）；裝置的穩(wěn)定性δ=0.068%。

②蒸汽密度計算引入的分量

蒸汽密度計算采用“工業(yè)用IFC1967公式”計算法就是根據(jù)“工業(yè)用IFC1967公式”采用微機技術(shù)實現(xiàn)蒸汽密度輸出。1967IFC公式為IFC（國際公式化委員會）針對水蒸氣熱力性質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，于1967年提出并獲得國際共同認(rèn)可的水蒸氣密度權(quán)威計算公式?，F(xiàn)在各國使用的水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表，都是根據(jù)1967IFC公式計算編制的。

經(jīng)實際計算該項zui大偏差為±0.02%，引入的不確定度為

③比對試驗用智能渦街流量計測量重復(fù)性引入的測量不確定度

比對試驗采用的渦街流量計為準(zhǔn)確度等級為1.5級，上?？咸貎x表生產(chǎn)的KTUD-23型渦街流量計。在蒸汽標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定，確定重復(fù)性為0.7%，按均勻分布，80%可靠。

④空氣與蒸汽介質(zhì)換算引入的分項不確定度

（7）裝置重復(fù)性引入的測量不確定度

選用渦街流量計在DN50管線上重復(fù)10次，測量結(jié)果分別為183.60、183.69、183.60、183.05（單位：Nm3/h），計算得到：

2.3臨界流音速噴管氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定

表1標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定一覽表

3、結(jié)論

多個標(biāo)準(zhǔn)流量計并聯(lián)組合的標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量測量不確定度不超過標(biāo)準(zhǔn)流量計組中單個標(biāo)準(zhǔn)流量計流量測量不確定度的zui大值，這一理論，為標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量不確定度數(shù)學(xué)模型簡化提供了可靠的理論依據(jù)。

具有蒸汽流量計校準(zhǔn)功能氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量不確定度評定應(yīng)充分考慮蒸汽和空氣介質(zhì)換算引入的各不確定度分量。

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具有蒸汽流量計量表校準(zhǔn)功能氣體流量裝置測量不確定度評定