安全閥不確定度評定及比對評估驗證

陳鑫　楊京兆　杜天鋆　王煒

（上海市計量測試技術(shù)研究院）

安全閥不確定度評定及比對評估驗證

陳鑫楊京兆杜天鋆王煒

（上海市計量測試技術(shù)研究院）

依據(jù)TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，從安全閥測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器差值和實驗環(huán)境等幾個不確定來源，對安全閥的不確定度進(jìn)行評定，并利用不確定度評定結(jié)果，以不同實驗室、不同裝置、不同人員的方法進(jìn)行比對能力驗證。

安全閥不確定度比對

1　引言

安全閥是特種設(shè)備（鍋爐、壓力容器、壓力管道等）上的一種限壓、泄壓起到安全保護(hù)作用的重要附件。安全閥一般直接安裝在特種設(shè)備上，設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗等都要符合特種設(shè)備相關(guān)規(guī)定的要求，因為安全閥的動作可靠性和性能好壞直接關(guān)系到設(shè)備和人身的安全，并與節(jié)能和環(huán)境保護(hù)緊密相關(guān)。

安全閥的計量特性并不明顯，整定壓力也是一個區(qū)間值，被檢樣品上無法讀數(shù)，只能參照反校法的原理去用標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)，因此，安全伐測量的不確定度評定方法比較特殊，要考慮標(biāo)準(zhǔn)器與被檢樣品的讀數(shù)關(guān)系和其他引起不確定的因素。

2　安全閥的不確定度分析

2.1概述

（1）測量依據(jù)：TSG ZF001—2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

（2）環(huán)境條件：溫度（20±5）℃；相對濕度＜85%。

（3）測量標(biāo)準(zhǔn)：精密壓力表，準(zhǔn)確度等級為0.4級，測量范圍為（0～1.6）MPa，壓力示值的最大允許誤差為±0.006MPa。

（4）被測對象：選取一臺準(zhǔn)確度高、數(shù)據(jù)可靠穩(wěn)定的安全閥，整定壓力為1.4MPa，壓力值的最大允許示值誤差為±0.04MPa。

（5）測量過程：將安全閥安裝在校驗器上，以壓縮空氣（或者氮氣）為傳壓介質(zhì)，用直接比較法測量。通過加壓泵加壓，使精密壓力表升壓至整定壓力點，直至安全閥開啟時讀取精密壓力表的示值為安全閥的整定壓力示值。

（6）評定結(jié)果的使用：在符合上述條件下的測量結(jié)果，一般可直接使用該不確定度的評定結(jié)果。

2.2數(shù)學(xué)模型

式中：

Δp—— 安全閥整定壓力與精密壓力表壓力值的差值；

p—— 安全閥整定壓力。

ps——精密壓力表的壓力值；

2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源

（1）被檢安全閥測量重復(fù)性引起的不確定度；

（2）標(biāo)準(zhǔn)器差值引起的不確定度；

（3）環(huán)境溫度引起的不確定度。（若測量環(huán)境條件符合規(guī)程要求，可以忽略環(huán)境溫度引起的不確定度。）

2.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

2.4.1對安全閥進(jìn)行多次重復(fù)測量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）主要來源于安全閥的不確定度，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進(jìn)行評定。

對檢測的安全閥，選擇整定壓力1.4MPa測量點，測量10次，得到測量10次的測量列，如表1所示為1.4MPa測量點的測量列。

表1　測量點為1.4MPa的測量列

平均值為式（2）：

單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差為式（3）：

則可得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）為式（4）：

2.4.2標(biāo)準(zhǔn)器差值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ps）

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ps）主要來源于精密壓力表的誤差。因此，應(yīng)用B類方法進(jìn)行評定。

根據(jù)規(guī)程，該精密壓力表的最大允許誤差為±0.006MPa，此值作為區(qū)間半寬a= 0.006MPa，認(rèn)為在區(qū)間內(nèi)是均勻分布的，取包含因子則標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ps）為式（5）：

2.4.3環(huán)境溫度引起的不確定度

測量環(huán)境條件符合規(guī)程要求，忽略環(huán)境溫度引起的不確定度。

2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

2.5.1求靈敏系數(shù)

對式（1）進(jìn)行微分

得靈敏系數(shù)式（6）、式（7）：

2.5.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示。

表2　標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

2.5.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

因為u（p）與u（ps）彼此獨立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按式（8）、式（9）得到：

2.6擴展不確定度的評定

取包含因子κ＝2，擴展不確定度為式（10）∶

2.7附加說明

現(xiàn)場檢測時需考慮校準(zhǔn)結(jié)果的影響因素，如運輸、環(huán)境等對測量標(biāo)準(zhǔn)性能的影響，應(yīng)對現(xiàn)場檢測結(jié)果的測量不確定度進(jìn)行評估。

現(xiàn)場檢測的環(huán)境條件應(yīng)符合以下環(huán)境條件：溫度（20±5）℃，相對濕度40%～80%。

此類儀表準(zhǔn)確度等級低，易于在符合條件的場所進(jìn)行檢測，環(huán)境條件對校準(zhǔn)工作以及檢測結(jié)果測量不確定度的影響基本忽略。

3　安全閥的比對評估驗證

3.1比對實驗概述

選取兩家有資質(zhì)能力的實驗室（A、B）對同一安全閥整定壓力，以不同的檢測裝置和不同的人員，分別作比對測試，出具比對報告，并進(jìn)行評價。比對信息見表3。

表3　安全閥比對信息

3.2比對實驗結(jié)果的評估

通過比對可得數(shù)據(jù)如表4。

表4　安全閥整定壓力

通過對比對試驗報告的計算，對比對結(jié)果進(jìn)行判定：

yA=1.405MPa ， yB=1.4MPa

比對報告中檢測裝置的測量結(jié)果最大誤差為：

比對結(jié)論符合要求。

4　結(jié)論

通過對被檢安全閥測量重復(fù)性引起的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)器差值引起的不確定度，環(huán)境溫度引起的不確定度等來源的分析，可以看出，安全閥的不確定度主要來源是被檢安全閥測量重復(fù)性引起的不確定度，相對于此，其他來源的影響力相對較小，此方法評定出的不確定度結(jié)果，在比對能力驗證中，經(jīng)不同的設(shè)備和不同的人員，分別作比對試驗，根據(jù)比對試驗結(jié)果進(jìn)行評估，比對試驗結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目的。

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Uncertainty Evaluation and Comparison Evaluation of Safety valve

Chen Xin, Yang Jingzhao, Du Tianyun, Wang Wei
( Shanghai Institute of Measurement and Testing )

Based on the TSG ZF001—2006 "safety valve safety technology supervision regulations", the uncertainty from several safety valve measurement repeatability, standard difference and experimental environment and other sources, the safety valve of the uncertainty was evaluated, and the uncertainty evaluation results, compared with different methods in different laboratory profi ciency testing device of different personnel.

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