音速噴嘴式燃氣表檢定裝置檢定燃氣表示值誤差測量不確定度的評定

【摘 要】 本文主要介紹在按照檢定規程要求用音速噴嘴式燃氣表檢驗裝置對膜式燃氣表開展檢定時，對被檢膜式燃氣表進行不確定度分析。主要從標準器引入的不確定度、氣體流量溫度及壓力補償等方面考慮，對被檢膜式燃氣表測量結果不確定度來源進行了較為深入的分析，可以作為以后的膜式燃氣表檢校工作的參考。

【關鍵詞】 音速噴嘴 燃氣表 不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.06.015

1 概述

（1）測量依據：JJG577-2012《膜式燃氣表》

（2）環境條件：檢定溫度：（20±2）℃；大氣壓力：（86～106）kPa；相對濕度：45%～75%。

（3）主要標準器：音速噴嘴式燃氣表檢定裝置

（4）測量對象：1.5級G1.6膜式燃氣表

（5）測量方法：在規程規定的測量環境條件下，按照JJG577-2012《膜式燃氣表》檢定規程要求的方法用音速噴嘴式燃氣表檢定裝置對被檢表進行示值誤差檢定。

2 建立數學模型

[E][=Vm-VrefVref×100%]

3 燃氣表示值誤差測量不確定度評定

3.1 燃氣表示值誤差測量不確定度的A類評定

測量重復性引入的不確定度[ur（E）]。取1.5級燃氣表在符合檢定規程要求的條件下，對最大流量點按照檢定規程要求進行10次示值誤差重復性測量，得到測量結果0.76%、0.79%、0.82%、0.69%、0.68%、0.85%、0.68%、0.71%、0.67%、0.67%，求得實驗標準偏差[sP=0.068%]，即[ur（E）=0.068%]。

3.2 燃氣表示值誤差測量不確定度的B類評定

3.2.1 通過燃氣表的氣體實際值[Vref]引入的不確定度[u（Vref）]

數學模型[Vref=Vs×PsaPma×TmaTsa]

（1）流過標準器的氣體體積測量值[Vs]引入的不確定度[u（VS）]

數學模型：[VS=qm×t]

①文丘里噴嘴臨界流速[qm]引入的不確定度[u（qm）]

通過上級證書查得，本裝置使用文丘里噴嘴相對擴展不確定度[Ur=0.20%]，[k=2]，則其相對標準不確定度[u（qm）]及靈敏系數為[c（qm）]為：

[u（qm）][=Urk=0.20%2=1×10-3]

[c（qm）][=qm?VsVs?qm=1]

②通氣時間引入的不確定度[u（t）]

通過上級證書查得，本裝置使用晶振擴展不確定度[Urel=1.3×10-5]，[k=2]，則其相對標準不確定度[u（t1）]為：

[u（t1）][=Urelk=1.3×10-52=0.65×10-5]

根據DL/T 732-2000《電能表測量用光電采樣器》，由于本裝置光電采樣器選用符合該標準5.6之技術要求，光電采樣器單次測量重復性應小于[5×10-5]，則其相對標準不確定度為[u（t2）]為：[u（t2）=][5×10-5]

由于[u（t1）]與[u（t2）]為不相關量，故通氣時間引入的相對標準不確定度及靈敏系數為：

[u（t）=u（t1）+u（t2）=（0.65×10-5）2+（5×10-5）2=5.04×10-5]

[c（t）][=t?VsVs?t=1]

③流過標準器的氣體體積測量值引入的不確定度及靈敏系數為：

[u（Vs）=u（qm）c（qm）2+u（t）c（t）2=（1×10-3×1）2+（5.04×10-3×1）2]

=[1.0][×10-3]

[c（Vs）][=Vs?VrefVref?Vs=1]

（2）標準裝置處與燃氣表進口端壓力差引入的不確定度[u（Rp）]

設：數學模型[Rp=PsaPma]

①標準裝置處壓力引入的不確定度[u（Psa）]

通過上級證書查得，本裝置使用絕對壓力變送器符合0.2級，按均勻分布考慮，則其相對標準不確定度[u（Psa）]及靈敏系數[c（Psa）]為：

[u（Psa）][=0.2%3=1.2×10-3]

[c（Psa）][=Psa?RPRP?Psa=1]

②燃氣表進口端壓力引入的不確定度[u（Pma）]

同①可得，其相對標準不確定度及靈敏系數為：

[u（Pma）][=0.2%3=1.2×10-3]

[c（Pma）][=Pma?RPRP?Pma=-1]

③標準裝置處與燃氣表進口端壓力差引入的不確定度[u（RP）]及靈敏系數[c（RP）]為：

[u（RP）][=u（Psa）c（Psa）2+u（Pma）c（Pma）2]

[=][（1.2×10-3）×12+（1.2×10-3）×（-1）2=1.55×10-3]

[c（RP）][=RP?VrefVref?RP=1]

（3）燃氣表進口端與標準裝置處溫度差引入的不確定度[u（RT）]

設：數學模型[RT=TmaTsa]

①燃氣表進口端溫度引入的不確定度[u（Tma）]

通過上級證書查得，本裝置使用溫度變送器不確定度[U95=0.0017]，則其相對標準不確定度[u（Tma）]及靈敏系數[c（Tma）]為

[u（Tma）][=0.00172=0.85×10-3]

[c（Tma）][=Tma?RTRT?Tma=1]

②標準裝置處溫度引入的不確定度[u（Tsa）]

同①可得，其相對標準不確定度[u（Tsa）]及靈敏系[c（Tsa）]數為

[u（Tma）][=0.00172=0.85×10-3]

[c（Tma）][=Tsa?TPRT?Tsa=-1]

③標準裝置處與燃氣表進口端壓力差引入的不確定度[u（RT）]及靈敏系數[c（RT）]為：

[u（RT）][=u（Tma）c（Tma）2+u（Tsa）c（Tsa）]2]

[=][（0.85×10-3）×12+（0.85×10-3）×（-1）2=1.20×10-3]

[c（RP）][=RP?VrefVref?RP=1]

（4）通過燃氣表的氣體實際值[Vref]引入的不確定度[u（Vref）]

[u（Vref）][=u（Vs）c（Vs）2+u（RP）c（RP）2+u（RT）c（RT）]2]

[=][（1.00×10-3）2+（1.55×10-3）2+（1.20×10-3）2]

[=][2.20×10-3]

3.2.2 燃氣表示值[Vm]引入的不確定度[u（Vm）]

由于燃氣表檢定用氣在光電采樣器采樣一定次數后自動停止，通氣時間由晶振測量得出，在[u（Vref）]評定中已經對光電采樣器及晶振進行過引入分析，故在[u（Vm）]評定中不再重復評定，即可認為[u（Vm）=0]。

3.2.3 燃氣表示值誤差B類評定測量不確定度[uc（E）]

由于式中各參數相互獨立，故：

[uc（E）][=u（Vm）2+u（Vref）2=（0）2+（2.56×10-3）2]

[=][2.20×10-3]

4 標準不確定度匯總表

5 合成標準不確定度的評定

[u（E）][=ur（E）cr（E）2+uc（E）cc（E）2]

[=][（0.068%×1）2+（0.220%×1）2]

[=][0.23%]

6 相對擴展不確定度的評定

取包含因子[k=2]，則相對擴展不確定度[Urel]為：

[Urel][=k?u（E）=2×0.23%=0.46%]

7 測量不確定度報告

測量結果的相對擴展不確定度為：

[Urel=0.46%]，[k=2]。

作者簡介

許鴻博，鞍山市計量監督檢定所技術室主任，從事計量專業工作3年。

（責任編輯：張曉明）