11液体流量标准装置的不确定度

流量计量中常用的仪表和标准设备的不确定度分析流量计量中常用到的仪器和标准设备包括：温度计、压力计、湿度计、密度计、计时器、电子称、量器等。下面分别就这些常用到的仪器和标准设备的不确定度进行分析。温度计常用到的温度计包括：玻璃液体温度计、热电偶以及电阻式温度计。尽管不同温度传感器或变送器工作原理有所差异，但其检定大体相同，即：在均匀场（恒温槽）内采用比对的方法对标准温度计与被检温度计进行不确定度评定。例：对测量范围为-40~60℃的A级工业铂电阻在60℃温度点进行不确定度评定。3序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1温度传感器B矩形0.270.16502μ2电测仪表B矩形0.10.06∞合成不确定度0.17653表1工业铂电阻温度计标准不确定度一览表(0.150.002||)(0.30.002||)等级基本误差W100R/ΩA1.385±0.00110,100,500B表2工业铂电阻性能表（1）由表2可知铂电阻的测量不确定度进行分析。在60℃时铂电阻的允许误差为(0.150.002||)(0.150.00260)0.27℃按矩形分布估计，其标准确定度为0.270.1631℃℃为B类标准不确定度。其可靠性较好估计=65。（2）测量仪表的测量不确定度0.10.0631℃℃,=所以可得铂电阻温度计的标准不确定度为22120.17ct℃,=65压力计一般采用比较法对压力计进行检定。如果压力标准器的压力值与被检压力计显示的压力值之差不超过仪表的允许误差，则判定为合格。33序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1压力变送器B矩形84.7502μ2电测仪表B矩形21.2∞合成不确定度4.956表3压力变送器标准不确定度一览表（1）压力变送器的不确定度压力变送器的允许误差为84.7,503Pa110.1%80008pPaPa按照矩形分布估计，其标准不确定度为（2）电测仪表的不确定度采用12位A/D转换器，则20.025%80002pPaPa按照矩形分布估计，其不确定度为21.2,3PaPa1所以压力变送器的标准不确定度为22124.9cpPa,=56湿度计1湿度的表示方法湿度通常用“绝对湿度”或“相对湿度”来表示。测量时往往通过露点温度或干度球温度来换算成湿度。绝对湿度是指湿空气在单位体积中所含水蒸汽的质量，定义为:vmfVg;gVvfm3—绝对湿度/m—给定的湿空气样品中水蒸气的质量，；—湿空气体积。相对湿度是指在压力为p,温度为θ条件下，给定湿空气中水蒸汽的摩尔分数与同一温度、压力条件下纯水表面的饱和水蒸气的摩尔分数之比，用百分比表示。,()100%vptvwxx2湿度的测量方法或仪器湿度的测量方法或仪器包括：干湿球测量法、毛发湿度计、电湿度计和露点湿度计3湿度计的不确定度由于湿度计的种类繁多，每种湿度计的原理和结构均有区别，下面仅对常用的两种湿度测量仪，分析其不确定度3.1玻璃水银温度计干湿表33序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1湿度计B矩形84.6202μ2标准湿度计B矩形21.250合成不确定度4.824玻璃水银温度计干湿表标准不确定度一览表3.2湿敏电阻湿度计湿敏电阻湿度计标准不确定度一览表33序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1湿度计B矩形21.2202μ2标准湿度计B矩形10.650合成不确定度1.436密度计密度计以阿基米德定律为其工作原理，它用无色透明的优质玻璃制造，主要由主管和躯体两部分组成。同样密度的液体，如果液体温度不同，密度计的刻度密度也不同，所以需要将不同温度下的密度换算成标准温度下的密度，其换算关系式为00[1()]gg3300—被检液体密度值，/cm；—测定密度时，密度计的示值，/cm；—测定密度时的液体温度，℃；—密度计标准温度，℃；—密度计膨胀系数。下面以测量范围为（0.65~2.00）3g/cm分度值为0.0013g/cm的普通石油密度计的检定为例进行密度计的不确定度分析。密度计示值最大允许误差为1个分度。按照矩形分布考虑，312kv。估计。检定普通密度计用标准设备为二等标准密度计，其分度值为0.0005g/m3。按照矩形分布考虑50v估计。此外，影响不确定度评定的还包括：读数误差、体胀系数误差以及温度测量误差。下表列出了计算得到的不确定度普通密度计的不确定度一览表333序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1被检密度计B矩形10-35.8*10-4202μ2标准密度计B矩形5*10-42.9*10-4503μ3读数误差B矩形3*10-41.7*10-4124μ4体胀系数B矩形2.4*10-5505μ5温度测量B矩形3*10-550合成不确定度6.7*10-434计时器计时器时由晶体振荡器和电子计数器组成，具有测量时间间隔的功能。计时器的检定参数包括：8h频率稳定度和时间间隔准确度。晶振8h频率稳定度，用电子计数器测量计时器的频率，在连续8h时间内，每隔1h测量1次频率f,观察频率的变化。时间间隔准确度。用时启停电子计数器及计时器，记录电子计数器及计时器的示值并进行比较。例：允许误差为-6110的标准计时器检定晶振标称频率为5MHz的计时器。计时器的标准不确定度清单如下表所示333序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μr1标准晶振频率稳定度B矩形1*10-65.8*10-7502μr2标准计时器分辨力B矩形2*10-71.1*10-7503μr3晶振稳定度B正态7*10-86.84μr4计时器时间间隔B正态2.2*10-6105μr5计时器分辨力B矩形3.5*10-62*10-650合成不确定度3.1*10-631电子称电子称是一种机电相结合的称重系统。它是在机械作用原理的基础上，将机械作用力通过机电转换元件变为电信号，对电信号进行处理后得到质量信息。下表列出了流量计量种常用的2级、3级、4级电子称的技术指标等级名称首次检定允差使用中允差最大分度数范围2级高准确度0.5e1e0~5000e1e2e5000e~20000e1.5e3e20000e3级中准确度0.5e1e0~500e1e2e500e~2000e1.5e3e2000e4级普通准确度0.5e1e0~50e1e2e50e~200e1.5e3e200e3序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1示值B矩形0.30.18502μ2分辨力B矩形0.10.06∞合成不确定度0.1962电子称标准不确定度一览表下面以分度值为100g的3级1t电子称为例进行不确定度分析3以上不确定度分析是按照检定规程来评定的。在实际的流量标准装置检定规程中，常对电子称进行直接检定，并分析器不确定度。具体方法如下：在使用量限范围内至少取10个均匀分布点（j=1，2…，m；m=10）。用标准砝码从j=1逐步加载到j=m，完成第一次检定；再从j=m逐步卸载到j=1，完成第二次检定。分别记录各点的加载质量、卸载质量和衡器读数。重复n（n=10）次检定。负载为0jmR的第j点第i次检定差值0()jimjijmRmRjkgmikgRnkgjmmji0第j点标准砝码的质量，;R质量为的标准砝码第次检定时衡器的读数，；空容器次测量衡器的读数平均值，。第j点的平均值：nji11mmnji下表列出以1t电子称的检定不确定度：序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μ1示值重复性A正态20.080.0492μ2长期稳定性B矩形20.190.19合成不确定度0.199量器流量标准装置中所用的工作量器常见的有直筒式和缩颈式两种。量器检定方法有称重法和比较法两种。称重法是检定较高准确度量器的方法，通过称量量器内具有确定密度的水的质量，来计算出量器容积值。比较法是用比工作量器准确度高、并具备规定容积值的标准量器直接进行比较，得到计量段容积值的方法。检定模型20[1((20)(20)(20))]sssmmwwVV'20s20m20m,,issmwmVhV33-1-1—被检量器液高对应的℃容积值，；—标准量器℃时标称容量刻度线处的实际容积值；—分别为标准量器和被检量器的体积膨胀系数，℃；—水的膨胀系数，℃；—分别为标准量器和被检量器水温，℃。计算被检量器标称容积值Vs时的液位hi：'201siiVVVhhIIh；1V为检定计量颈的分度容量时注如液体的体积例：用500L一等标准量器通过4次注入来检定容积为2000L的工作量器，测量记录如下表所示，实验次数500L标准器分4次注入标准量器水温/℃被检量器水温/℃被检量器液位/mm用20L标准量器注入水2次被检器液位/mm123412119.920.019.919.919.7201.3365.2520.4219.919.819.919.719.6204.0362.6520.3319.619.619.619.519.4202.8362.0539.6419.519.519.519.519.4202.4361.9519.8已知标准量器的体积膨胀系数为615010℃工作量器的体积膨胀系数为613310,℃水的体积膨胀系数为41210,℃按照规定标定时室温为(205),℃则检定结果的不确定度分析如下表所示3333333序号符号来源类型概率分布包含因子扩展不确定度标准不确定度自由度1μr1检定主体用标准量器B正态35*10-51.7*10-5502μr2分度用标准量器B矩形5*10-62.9*10-6503μr3分度重复性B正态2.1*10-564μr4主体检定重复性B正态4.1*10-52.75μr5标尺分辨力B矩形6.3*10-53.6*10-5126μr5标准量器体胀系数B矩形2.5*10-51.5*10-5127μr5被检量器体胀系数B矩形1.7*10-59.5*10-6128μr5水体胀系数B矩形1*10-55.8*10-6309μr5标准量器水温B矩形4*10-51.7*10-51210μr5被检量器水温B矩形4*10-52.0*10-512合成不确定度6.9*10-518液体流量标准装置的测量不确定度液体流量标准装置主要由流量标准器、实验管路、液体源及循环系统、换向设备和控制设备及数据采集处理系统组成。下表为液体流量标准装置测量不确定度一览表()ricx|()|()/%riricxux液体流量标准装置测量不确定度一览表序号符号来源输入量的标准不确定度灵敏系数1t计时器0.0003110.0002m衡器0.01910.0193ρa气体密度修正0.90.00110.0014ρm标准砝码密度修正0.0741.7*10-40.0005ρl液体密度修正0.29-0.00130.0006V工作量器0.01410.0147β量器体胀系数5±1.7*10-40.0018θ液体温度148.3*10-40.0129ρ液体密度0.0810.08010H换向器0.008110.00813d动态效应0.03310.033