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电磁流量计测得值的不确定度评定( 静态容积法)

来源:www.viagrahap.com作者:发表时间:2022-02-17 09:53:14

    摘 要: 为保证电磁流量计在测量过程中受液体温度、压力、流量等参数影响下测得值的准确、可靠,因此测得值的不确定度评定十分重要。本文依据国家检定规程 JJG 1033 - 2007《电磁流量计》,选取静态容积法水流量标准装置为测量装置,以 DN100 的电磁流量计为例,进行测得值的不确定度分析与评定。

 
引言
电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应定律的流量计,广泛应用于导电液体的体积流量测量。[1]随着技术的发展,电磁流量计的测量精度得到了很大的提升。为保证电磁流量计在测量过程中受液体温度、压力、流量等参数影响下测得值的准确、可靠,现对电磁流量计的测得值进行不确定度评定。 
 
1 检测方法
依据国家检定规程 JJG 1033 - 2007《电磁流量计》,使用静态容积法水 流量标准装置 ( Urel = 0. 05% ,k = 2) 对电磁流量计的示值误差进行检测。本文以一台准确度等级为 0. 2 级、口径为 DN100,量程范围为( 14. 0 ~ 140. 0) m3 /h 的电磁流量计为例进行评定。 
 
2 测量模型简述
2. 1 测量模型
电磁流量计的示值误差( 相对示值误差) 计算公式为:
电磁流量计的示值误差( 相对示值误差) 计算 公式
其中:
Qs计算公式
式中: E———被检定检流量计的相对示值误差,%; Q———被检定流量计显示的累积流量值,m3 ;
Qs———检定时标准器换算到流量计处状态的累积流量值,m3 ; 
Vs———标准器测得的液体实际体积( 测量值取3. 0003m3) ,m3 ; 
β———检定用液体在检定状态下的体膨胀系数( 取 2. 1 × 10 - 4℃ - 1) ,℃ - 1 ; 
θs———检定时标准器处的液体温度( 测量值取18. 0℃ ) ,℃ ;
θm———检定时流量计处的液体温度( 测量值取18. 5℃ ) ,℃ ; 
κ———检定用液体在检定状态下的压缩系数( 取 4. 5 × 10 - 4MPa - 1) ,MPa - 1 ; 
ps———检定时标准器处的液体压力( 测量值取0MPa) ,MPa; 
pm———检定时流量计处的液体压力( 测量值取0. 12MPa) ,MPa。
 
2. 2 灵敏系数
由测量模型求得灵敏系数:
由测量模型求得灵敏系数
2. 3 示值误差的合成标准不确定度
根据方差和传播律[2]可得:
公式
20220217093540.jpg
由于 Q≈Qs,则可得合成标准不确定度公式为:
标准不确定度公式
 
3 标准不确定度分析
示值误差的不确定度来源主要由: ( 1) 被检电磁流量计显示流量 Q 测量重复性引入的不确定度; ( 2) 标准器流量 Qs 引入的不确定度。其中,标准器 Qs 引入的不确定度[3]主要来源于: 
( 1) 水流量标准装置引入的标准不确定度,包括装置引入的不确定度以及装置流量稳定性引入的不确定度; 
( 2) 检测液体的体膨胀系数引入的标准不确定度; 
( 3) 液体温度引入的标准不确定度,包括被检流量计处的液体温度以及标准器处的液体温度; 
( 4) 检测液体的体积压缩系数引入的标准不确定度; 
( 5) 液体压力引入的标准不确定度,包括被检流量计处的液体压力以及标准器处的液体压力。 
 
4 被检电磁流量计显示流量 Q 测量重复性引入的不确定度
 
本次试验选取的被检流量计为 0. 2 级 DN100的电磁流量计,以最大流量点 qmax = 140m3 /h 为例,其测量数据如表 1 所示。根据贝塞尔公式计算重复性可得 Er = 0. 01% 。由于在重复性条件下实际测量了 6 次,以 6 次的测量算术平均值为测得值,则显示流量 Q 测量重复性引入的相对标准不确定度为:
显示流量Q测量重复性引入的相对标准不确定度
电磁流量计最大流量点 qmax = 140m3 /h 测量数据
5 标准器流量 Qs 引入的不确定度
5. 1 水流量标准装置的不确定度
5. 1. 1 装置引入的不确定度
由标准装置检定证书可知,水流量标准装置的相对不确定度:
水流量标准装置的 相对不确定度
以测量值 Vs = 3. 0003m3 为例,则流量标准装置引入的标准不确定度:
流量标准装置 引入的标准不确定度
5. 1. 2 装置流量稳定性引入的不确定度
在测量过程中,装置的流量稳定性对单次测量时间以及单次测量标准器的实际累积体积有影响。因此应考虑流量稳定性对测得值的影响。以最大流量点 qmax = 140m3 /h 为例,进行各累计时间之间的流量稳定性试验,连续测量 10 次,其测量数据如表2 所示。
流量稳定性测量数据
根 据 JJG 164 - 2000 求得流量平均值 q = 137. 528m3 /h,各累计时间流量稳定性 Eq = 0. 16% 。按三角分布计算,则流量稳定性引入的相对标准不确定度为:
则流量稳定性引入的相对标准不 确定度
根据 Vs = 3. 0003m3,则流量稳定性引入的标准不确定度为:
u V( )s 2 = urel V( )s 2·Vs = 0. 001960 m3
得水流量标准装置引入的标准不确定度为:
水流量标准装置引入的标准不确定度
灵敏系数为:
灵敏系数
5. 2 检测液体的体膨胀系数的标准不确定度
检测液体为清洁水,由于试验时的水温变化不超过 ± 0. 5℃。经查相关手册,可得检测液体的体膨胀系数的变化量 ±8 ×10 -6℃ -1。按均匀分布计算,则:
体膨胀系数
灵敏系数为:
灵敏系数
5. 3 液体温度的标准不确定度
液体温度测量设备均为温度变送器,其最大允许误差均为 ± 0. 1℃,按均匀分布计算,则:
液体温度的标准不确定度
灵敏系数为:
灵敏系数
5. 4 检测液体的体积压缩系数引入的标准不确定度
检测液体为清洁水,由于试验时的水压的最大变化量不超过 0. 2MPa。经查相关手册,可得检测液体的体积压缩系数的变化量 ± 9 × 10 - 5 MPa - 1。按均匀分布计算,则:
体积压缩系数的
灵敏系数为:
灵敏系数
5. 5 液体压力引入的标准不确定度
液体压力测量设备均为压力变送器,其最大量程为 1. 6MPa,准确度等级为 0. 5 级,则最大允许误差为 ± 0. 008MPa,按均匀分布计算,则:
液体压力引入的标准不确定度
灵敏系数为:

5. 6 Qs 的不确定度概算
根据上述各不确定度分量的分析,其计算数据如表 3 所示。
不确定度分量分析一览表
则 Qs 引入的标准不确定为:
Qs 引入的标准不确定
Qs 引入的相对标准不确定为:
Qs 引入的相对标准不确定
 
6 电磁流量计的示值误差的测量不确定度
根据示值误差 E 的合成标准不确定度公式,计算合成标准不确定度为:
根据示值误差 E 的合成标准不确定度公式,计 算合成标准不确定度
 k = 2,则扩展不确定度为:
 k = 2,则扩展不确定度
7 结语
不确定度是用来表征测得值分散性或不可确定程度的一个定量参数,主要用于判断测得值的可靠程度。通过以上分析计算,该电磁流量计在 qmax = 140m3 /h 测量点下的扩展不确定度为:
 
U( E) = 0. 14% ( k = 2)
 
在流量、压力、温度等不同条件下,均应对测得值的不确定度进行重新计算; 本次不确定度评定选取的是静态容积法水流量标准装置,如选用静态质量法水流量标准装置,则该电磁流量计测得值的不确定度也需重新评定,从而保证测得值不确定度评定的准确。