摘要:為保證電磁流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中受液體溫度、壓力、流量等參數(shù)影響下測(cè)得值的正確、可靠,因此測(cè)得值的不確定度評(píng)定十分重要。本文依據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程JJG1033-2007《電磁流量計(jì)》,選取靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為測(cè)量裝置,以DN100的電磁流量計(jì)為例，進(jìn)行測(cè)得值的不確定度分析與評(píng)定。
0引言
電磁流量計(jì)是一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律的流量計(jì),廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電液體的體積流量測(cè)量。[1]隨著技術(shù)的發(fā)展,電磁流量計(jì)的測(cè)量精度得到了很大的提升。為保證電磁流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中受液體溫度、壓力、流量等參數(shù)影響下測(cè)得值的正確、可靠，現(xiàn)對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)得值進(jìn)行不確定度評(píng)定。
1檢測(cè)方法
依據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程JJG1033-2007《電磁流量計(jì)》,使用靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(U=0.05%,k=2)對(duì)電磁流量計(jì)的示值誤差進(jìn)行檢測(cè)。
本文以一臺(tái)精度等級(jí)為0.2級(jí)、口徑為DN100,量程范圍為(14.0~140.0)m3/h的電磁流量計(jì)為例進(jìn)行評(píng)定。
2測(cè)量模型簡(jiǎn)述
2.1測(cè)量模型
電磁流量計(jì)的示值誤差(相對(duì)示值誤差)計(jì)算公式為:
式中:E一被檢定檢流量計(jì)的相對(duì)示值誤差，%;
Q一被檢定流量計(jì)顯示的累積流量值,m3；
Qs一檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計(jì)處狀態(tài)的累積流量值,m3;
Vs一標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)得的液體實(shí)際體積(測(cè)量值取3.0003m3),m3;
β一檢定用液體在檢定狀態(tài)下的體膨脹系數(shù)(取2.1x10-4℃-1),℃-1;
Θ一檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器處的液體溫度(測(cè)量值取18.0℃),℃;
Θ一檢定時(shí)流量計(jì)處的液體溫度(測(cè)量值取18.5℃),℃;
K一檢定用液體在檢定狀態(tài)下的壓縮系數(shù)(取4.5x10-4MPa-1),MPa-1
Ps一檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器處的液體壓力(測(cè)量值取0MPa),MPa;
pm一檢定時(shí)流量計(jì)處的液體壓力(測(cè)量值取0.12MPa),MPa。
2.2靈敏系數(shù)
由測(cè)量模型求得靈敏系數(shù):
2.3示值誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
根據(jù)方差和傳播律可得:
3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析
示值誤差的不確定度來(lái)源主要由:(1)被檢電磁流量計(jì)顯示流量Q測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度;
(2)標(biāo)準(zhǔn)器流量Qs引入的不確定度。
其中,標(biāo)準(zhǔn)器Qs引入的不確定度甲主要來(lái)源于:(1)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包括裝置引入的不確定度以及裝置流量穩(wěn)定性引入的不確定度;(2)檢測(cè)液體的體膨脹系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;(3)液體溫度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,包括被檢流量計(jì)處的液體溫度以及標(biāo)準(zhǔn)器處的液體溫度;(4)檢測(cè)液體的體積壓縮系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;(5)液體壓力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包括被檢流量計(jì)處的液體壓力以及標(biāo)準(zhǔn)器處的液體壓力。
4被檢電磁流量計(jì)顯示流量Q測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度
本次試驗(yàn)選取的被檢流量計(jì)為0.2級(jí)DN100的電磁流量計(jì),以最大流量點(diǎn)qmx=140m3/h為例，其測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算重復(fù)性可得Er=0.01%。由于在重復(fù)性條件下實(shí)際測(cè)量了6次,以6次的測(cè)量算術(shù)平均值為測(cè)得值,則顯示流量Q測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
5標(biāo)準(zhǔn)器流量Qs引入的不確定度
5.1水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度
5.1.1裝置引入的不確定度
由標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定證書可知，水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)不確定度:
Urel=O.05%(k=2).
則:urel(Vs)1=0.025%
以測(cè)量值Vs=3.0003m3為例，則流量標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
u(Vs)1=urel(Vs)1·Vs=0.0007501m3
5.1.2裝置流量穩(wěn)定性引入的不確定度
在測(cè)量過(guò)程中，裝置的流量穩(wěn)定性對(duì)單次測(cè)量時(shí)間以及單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器的實(shí)際累積體積有影響。因此應(yīng)考慮流量穩(wěn)定性對(duì)測(cè)得值的影響。以最大流量點(diǎn)qmax、=140m3/h為例，進(jìn)行各累計(jì)時(shí)間之間的流量穩(wěn)定性試驗(yàn)，連續(xù)測(cè)量10次,其測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。
根據(jù)JJG164-2000求得流量平均值q=137.528m3/h,各累計(jì)時(shí)間流量穩(wěn)定性Eq=0.16%。按三角分布計(jì)算,則流量穩(wěn)定性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
Urel(Vs)2=0.16%/√6=0.06532%
根據(jù)Vs=3.0003m3,則流量穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(Vs)2=urel(Vs)2·Vs=0.001960m3
得水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
5.2檢測(cè):液體的體膨脹系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
檢測(cè)液體為清潔水，由于試驗(yàn)時(shí)的水溫變化不.超過(guò)±0.5℃。經(jīng)查相關(guān)手冊(cè)，可得檢測(cè)液體的體膨脹系數(shù)的變化量±8x10-6℃-1。按均勻分布計(jì)算,則:
5.3液體溫度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
液體溫度測(cè)量設(shè)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(jì)算,則:
5.4檢測(cè)液體的體積壓縮系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
檢測(cè)液體為清潔水，由于試驗(yàn)時(shí)的水壓的最大變化量不超過(guò)0.2MPa。經(jīng)查相關(guān)手冊(cè)，可得檢測(cè)液體的體積壓縮系數(shù)的變化量±9x10-5MPa-1。按均勻分布計(jì)算,則:
5.5液體壓力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
液體壓力測(cè)量設(shè)備均為壓力變送器，其最大量程為1.6MPa,精度等級(jí)為0.5級(jí)，則最大允許誤差為±0.008MPa,按均勻分布計(jì)算，則:
5.6Qs的不確定度概算
根據(jù)上述各不確定度分量的分析，其計(jì)算數(shù)據(jù).如表3所示。
6電磁流量計(jì)的示值誤差的測(cè)量不確定度
根據(jù)示值誤差E的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
7結(jié)語(yǔ)
不確定度是用來(lái)表征測(cè)得值分散性或不可確定程度的一個(gè)定量參數(shù)，主要用于判斷測(cè)得值的可靠程度。通過(guò)以上分析計(jì)算,該電磁流量計(jì)在qmax=140m3/h測(cè)量點(diǎn)下的擴(kuò)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(yīng)對(duì)測(cè)得值的不確定度進(jìn)行重新計(jì)算;本次不確定度評(píng)定選取的是靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,如選用靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,則該電磁流量計(jì)測(cè)得值的不確定度也需重新評(píng)定，從而保證測(cè)得值不確定度評(píng)定的正確。
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