淺談液化石油氣汽車槽車容量測量的不確定度評定

【摘 要】 液化氣槽車主要用于運輸和儲存液化石油氣。本文主要是簡單介紹了液化石油氣汽車槽車容量測量結果的不確定度的評定方法和步驟。

【關鍵詞】 液化石油氣槽車 容量 不確定度評定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.08.015

1 概述

液化氣槽車主要用于運輸和儲存液化石油氣。液化石油氣汽車槽車的罐體是一鋼制的對接焊的承壓的臥式圓筒，兩端封頭為半橢球體，檢定容量的方法采用的是幾何測量法，所測量的參數有：外周長C；半周長Δ；壁厚d；圓筒長L；封頭頂形部分內高h；及工作壓力P等。

環境條件：在常溫（-40～+60）℃，非雨雪天氣

主要設備：Ⅰ級鋼卷尺、超聲波測厚儀MPE：±（1%L+0.1）mm、封頭尺MPE：±0.1mm等。

2 建立數學模型

依據JJG641-2006《液化石油氣汽車槽車容量》檢定規程給出：[V=πR2L+43πR2h+ΔVP] （1）

[R][=18π（C1+C2+2Δ1+2Δ2）-δ]

[h][=h1+h22-δ]

式中：[V]——槽車總容量，L；

[R]——直圓筒的平均內半徑，dm；

[L]——罐體直圓筒長，dm；

[h]——兩端封頭部分的平均內高，dm；

[C1]、[C2]——圓筒兩端的外周長，dm；

[Δ1]、[Δ2]——圓筒上部對稱點的外半周長，dm；

[P]——罐體內壓力，Pa；

[ΔVP]——罐體承受內壓力P后，容量增大量。

[ΔVP=p×U] （2）

[U=πR2L×2REδ（54-u）+43πR2h×3R2Eδ（1-u）]（3）

式中：[U]——內壓容量增大系數，dm3/Pa；

[u]——泊松比，取0.3；

[E]——罐材彈性模量；

δ——圓筒＼封頭的平均壁厚，dm。

經（1）、（2）和（3）式整理得：

[V=πR2L（1+0.95×2pREδ）+43πR2h（1+0.7×3pR2Eδ）]（4）

3 方差和靈敏系數

由式（4）得合成方差為：

[uc2（V）=c12u2（R）+c22u2（L）+c32u2（h）+c42u2（p）+c52u2（δ）]（5）

靈敏系數：

[C1][=?V?R=2πRL+83πRh+5.7πR2Lp+4.2πR2hpEδ]

[C2][=?V?L=πR2]

[C3][=?V?h=43πR2（1+0.7×3pR2Eδ）]

[C4][=?V?p=0.95×2πR3LEδ+0.7×2πR3hEδ]

[C5][=?V?δ=-0.95×2πpR3LEδ2-0.7×2πpR3hEδ2]

4 A類標準不確定度的評定

為了便于分析，以一個標稱容量為36m3的槽車為例進行分析，在下列分析中，不考慮半徑和筒長的相關性，其具體數值為：

L=105.00dm；R=10.17dm；h=5.66dm，板厚δ=0.12dm，[p=2.2×106]Pa，總容量為36631L。

4.1 半徑測量的不確定度

（1）按照液化石油氣槽車檢定規程規定，在重復性條件下外周長C1、C2、半周長Δ1、Δ2需測量兩次，且兩次測量的讀數之差不應大于1mm，可以認為極差值等于1mm，且可查表得系數C=1.13。

[uA1（R）=11.13×2π×2=0.10×10-2]dm

（2）按照液化石油氣槽車檢定規程規定，在重復性條件下半周長Δ1、Δ2需測量兩次，且兩次測量的讀數之差不應大于1mm，可以認為極差值等于1mm可得：

[uA2（R）=11.13×2π×2=0.20×10-2]dm

通過上述（1）和（2）得出半徑的標準不確定度：

[uA2（R）=uA12（R）+uA22（R）=0.01×10-4+0.04×10-4]

[=0.22×10-2]dm

4.2 筒長測量的不確定度

按照液化石油氣槽車檢定規程規定，在重復性條件下圓筒長度L需測量兩次，且兩次測量的讀數之差不應大于1mm，可以認為極差值L等于1mm，且可查表得系數C。

[uA（L）=11.132=0.63mm=0.63×10-2]dm

4.3 封頭高度測量的不確定度

按照液化石油氣槽車檢定規程規定，在重復性條件下封頭高度h需測量兩次，且兩次測量的讀數之差不應大于1mm，則可將其視為兩次測量結果的極差值等于1，且可查表得系數C=1.13。

[uA（h）=11.132=0.63mm=0.63×10-2]dm

5 B類不確定度分量的評定

5.1 鋼卷尺引起的不確定度分量

在0～30m的測量范圍內，Ⅰ級鋼卷尺最大允許誤差為±（0.1+0.1L）mm，取筒長L為10m，罐體圓周長為6m，它服從均勻分布，所以：

[uB（L）=0.1+0.1×103=0.62×10-2]dm

[uB（R）=0.1+0.1×62π3=0.62×10-2]dm

5.2 封頭尺引起的不確定度分量

封頭尺的不確定度為0.1mm，它服從均勻分布，則：

[uB（R）=0.13=0.06×10-3]dm

5.3 內壓力引起的不確定度分量

對于內壓力影響的不確定度，液化氣槽車所附壓力表不低于1.5級，在極限情況下，P=2.2MPa。

[uB（P）=2.2×106×0.015=3.3×104]Pa

5.4 測量筒體板厚引起的不確定度分量

由超聲波測厚儀測量筒體板厚，服從均勻分布，則：

[uB（δ）=0.01×12+0.13=0.13×10-2]dm

6 合成標準不確定度評定

[uc2（V）][=c12u2（R）+c22u2（L）+c32u2（h）+c42u2（p）+c52u2（δ）]

[u2（R）][=uA2（R）+uB2（R）]

[u2（L）][=uA2（L）+uB2（L）]

[u2（h）][=uA2（h）+uB2（h）]

從而得到：

[uc2（V）=c12uA2（R）+c22uA2（L）+c32uA2（h）+c12uB2（p）+c22uB2（δ）]

[+][c32uB2（L）+c42uB2（h）+c52uB2（δ）]

[uc2（V）][=286.8]

其中，靈敏系數通過具體量值計算得：

[C1][=7209.7]

[C2][=324.9]

[C3][=466.7]

[C4][=2.77×10-5]

[C5][=-508.6]

從而得到：[uc2（V）=286.8=17]L

7 擴展不確定度

取包含因子k=2，則液化石油氣汽車槽車容量相對擴展不確定度為：[Urel=k×uc（V）V≈1×10-3（k=2）]。

參考文獻

[1]JJG641-2006《液化石油氣汽車槽車容量》檢定規程

作者簡介

李建穎，本科，高級工程師，現于國家大容量第一計量站從事大容量計量工作。

（責任編輯：張曉明）