現場校準熱量測量系統的不確定度分析

【摘 要】 本文介紹了現場校準熱量表的方法，分析了不確定度的來源，不確定度分量和大小，最后得出了現場校準熱量的不確定度Urel=0.72%，k=2的結論，以滿足企業的要求。

【關鍵詞】 熱量 現場校準 不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.012

供熱按熱量收費已經計入我國《節約能源法》中，而大口徑熱水熱量測量系統是我國企業用來計量熱量的主要計量器具，廣泛用于熱電廠、供暖企業與用熱企業之間進行能源計量。用熱企業為了達到節能減排目的，急需對熱量儀表進行檢定校準。

本方法采用便攜式超聲波流量計（準確度等級為0.5級）為流量測量標準器，便攜式水槽（不確定度U=0.004℃）為溫度測量標準器，對一臺DN400的熱量測量系統進行校準，比較其熱量測量的相對示值誤差。熱量測量方法為焓差法，采用總量法計算熱量并評定其不確定度。

該系統管道外徑為420mm，壁厚10mm，無襯里，流量傳感器為Siemens電磁流量計，流量點為1100m3/h，流速為2.43m/s，進水管溫度為70℃，出口溫度為40℃。累計流量單位為m3，分辨力為0.01m3，溫度和溫差的分辨力為0.01℃。

1 數學模型

熱量準確度由下式表示：

[E][=Q示-Q標Q標×100%]

式中：[Q示]——被測熱量表熱量，kWh;[Q標]——標準裝置計量熱量，kWh。

不確定度傳播律為：

[uE][=c12u2E+c22u2示+c32u2標]

不確定度來源及靈敏系數為：

[c1=1];[c2=?E?Q示=1Q標];[c3=?E?Q標=Q示Q2標]

2 熱量的標準不確定度的評定

2.1 測量重復性引入的不確定度[uE]

在設定的溫度、溫差和流量下使被測系統正常工作，比較顯示值與標準值，從而得到誤差。被測DN400的熱量表，流量點為1100m3/h，測量時間100s，累計流量為30.20m3，熱量表顯示熱量平均值為1045.938kWh，熱量標準平均值為1048.157kWh，測量結果如下：

2.2 引入的標準不確定度

主要來源為被檢表的分辨力，被檢表的分辨力為0.001kWh，按均勻分布，則：[u示=0.0012×3=0.00289]kWh

2.3 引入的標準不確定度

（1）數學模型：[Q標=ρ×Δh×V]

（2）不確定度來源及靈敏系數

密度[ρ]引入的不確定度[u標1]，靈敏系數[c4=Δh×V];

焓差[Δh]引入的不確定度[u標2]，靈敏系數[c5=ρ×V];

標準體積V引入的不確定度[μ標3]，靈敏系數[c6=ρ×Δh]。

（3）不確定度傳播率

[u標][=c42u2標1+c52u2標2+c62u2標3]

2.3.1 密度引入的不確定度[u標1]

按絕對值估計，溫度相差2℃.密度最大誤差為0.1%，按均勻分布，則：

[u標1=0.1%2×3×977.98]=0.28kJ/kg?m3

2.3.2 焓差引入的不確定度[u標2]

溫度相差2℃.焓差最大誤差為0.64%，按均勻分布，則：[u標2=0.64%2×3×125.41]=0.23kJ/kg

2.3.3 標準體積引入的不確定度[u標3]

由標準流量計帶來的不確定度為0.355%。

2.3.4 [Q標]引入的標準不確定度[u標]

[u標=（3762.3×0.28）2+（29310×0.23）2+（0.00355×122125）2] "=1.9kWh

3 不確定度分量匯總

由于[Q示]引入的標準不確定度主要來源于分辨力，與重復性引入的不確定度相比較小，只取重復性引入的不確定度，[Q標]引入的標準不確定度由多個分量組成，近似為正態分布，所以不確定度匯總后見下表：

4 合成標準不確定度

[Uc=0.3122+0.19]=0.36%

5 擴展不確定度

按正態分布估計，取k=2，則[Urel=0.36%×2=][0.72%]，k=2。

6 結論

通過以上分析，在該流量點和溫差點下，熱量測量系統的熱量誤差應不超過±3.42%，現場校準熱量測量系統的不確定度滿足要求，所以該校準方法可行，為用熱企業的熱量溯源提供了依據。

作者簡介

劉洋，流體機械及工程專業研究生，現于遼寧省計量科學研究院從事流量計量工作，主要檢定各種流量計、質量流量計、電磁流量計、渦街流量計等。

（責任編輯：張曉明）