煉化企業石油密度計測量結果修正值不確定度評定

劉穎暉 蔡騏闊

（1.中石油遼陽石化公司；2.中國航空油料有限責任公司東北公司）

為了解遼寧省石油化工行業計量工作近年來的發展現狀，進一步促進石油化工計量工作的發展，客觀、公正、科學地反映目前該行業開展檢定工作的綜合技術水平，規范石油化工行業量值傳遞過程，保證量值傳遞的準確一致，有必要在石油化工行業內組織石油密度計計量比對工作。

近年來，遼寧省各法定計量檢定機構及石油化工企業在儀器設備、環境條件、管理水平及人員結構等方面都有很大的變化。通過本次比對,能有效地檢驗法定計量檢定機構及石油化工企業量值傳遞的準確性和一致性, 還可以進行技術交流，對檢定方法、數據處理及不確定度分析等專業問題進行探討，發現其中存在的問題，找出原因，制定糾正措施和預防措施，提高石油化工行業計量的綜合實力。

1 傳遞標準及方法

傳遞標準由主導實驗室提供。 比對采用A、B兩組工作用石油密度計，每組兩只，其中一只傳遞，一只備用。石油密度計規格為800～850 kg/m3，分度值為0.5 kg/m3， 比對測量點為標稱值800、830、850 kg/m3這3 個點。比對開始前及比對過程中，主導實驗室都將對比對樣品測量重復性和穩定性進行考核。

由于石油密度計為玻璃易碎儀器，比對傳遞標準需由參比實驗室派專人到主導實驗室領取并在實驗結束后派專人送回主導實驗室，不得采取其他傳遞方式。 運輸過程中不能徒手或用尖銳的工具接觸傳遞標準。 傳遞標準上不得放置重物，不能有強烈的沖擊和撞擊。 傳遞標準的交接過程中，各實驗室應核查傳遞標準是否有任何損壞、是否正常。 如果在傳送過程中有意外情況發生， 由主導實驗室按意外情況處理程序進行處理。

2 比對方式選擇

比對由主導實驗室對傳遞標準進行測量和穩定性考核，比對地點為各參比實驗室，每個參比實驗室所用傳遞標準由主導實驗室根據實際使用情況在A、B 兩組中選取一組。比對方式有環式、星形式和花瓣式，這里采用星形式比對方式，該方式適用于多套傳遞標準同時進行，其比對周期短，即使某一個傳遞標準損壞，也只影響一個實驗室的比對數據。 該方式是比對有效性最好的方式［1］，具體如圖1 所示，圖中A～G 代表各參比實驗室。

圖1 星形式比對方式示意圖

首先由主導實驗室將傳遞標準在本實驗室裝置上進行校準，得出校準數據后，將傳遞標準傳送到參比實驗室A；由實驗室A 按照規定的程序在本實驗室的裝置上進行校準，得出校準數據后，再將傳遞標準送回到主導實驗室，在主導實驗室進行復校，以考察傳遞標準經過運輸后示值是否發生變化，若變化在允許范圍內，則比對有效，依次傳遞給下一個實驗室。

3 評定實驗方法

依據標準JJG 42—2011 《工作玻璃浮計》和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，筆者整理出一套完整的計算公式，并用此公式對被檢密度計在800、830、850 kg/m3這3 個校準點進行了測量結果不確定度修正。

3.1 實驗準備

測量環境溫度為20 ℃， 比對所用到的工/器具見表1。

表1 比對所用到的工/器具

將二等標準密度計與被檢密度計同時浸入石油產品混合液或酒精水溶液中，直接比較它們的示值，再經過計算，從而得到石油密度計的修正值。

3.2 數學模型

根據文獻［2］可知，被檢密度計修正值Δρ 等于標準密度計修正后示值ρ標（示值加證書修正值，或加溫度、毛細常數修正值）減去被檢密度計修正后示值ρ被（或加溫度、毛細常數修正值）［2］，即：

式中 Δρ——被檢密度計的修正值，kg/m3；

ρ標——標準密度計的修正后示值，kg/m3；

ρ被——被檢密度計的修正后示值，kg/m3。

當簡單直接測量時，應該分析和評定測量時導致測量不確定度的各個分量ui，若相互間不相關，則合成不確定度按下式計算［3］：

式中 uc——合成不確定度，kg/m3；

ui——不確定度分量，kg/m3。

3.3 標準不確定度分量的評定。

3.3.1 輸入量ρ標的不確定度u（ρ標）的評定

輸入量ρ標的不確定度來源主要有5 部分：標準浮計不準所引入的不確定度分量u1，浮計傾斜引入的不確定度u2，液體毛細常數變化引入的不確定度u3， 檢定液溫度引入的不確定度u4，示值估讀誤差引入的不確定度u5。 具體如下：

a. 標準密度計不準所引入的不確定度分量u1的評定。

二等密度計使用時需加修正值，其修正值的不確定度很小，可忽略不計。

b.密度計傾斜引入的不確定度u2的評定。

根據規程規定， 密度計傾斜偏差不得大于0.1 個分度值，最小分度值為0.5 kg/m3，服從投影分布，置信因子k=10/3，u2的計算式如下：

c. 液體毛細常數變化引入的不確定度u3的評定。

d.檢定液溫度引入的不確定度u4的評定。

e.示值估讀誤差引入的不確定度u5的評定。

示值估讀誤差引入的不確定度u5在密度計的0.2 個分度值以下，其修正值的不確定度很小，可忽略不計。

根據式（2），輸入量ρ標的合成標準不確定度計算如下：

3.3.2 重復性引入的不確定度u6的評定

在800、830、850 kg/m3這3 個校準點分別測量10 次，得出修正值見表2。

校準點1 2 3 4 5 800 kg/m3 830 kg/m3 850 kg/m3+0.15+0.20+0.05+0.20+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15 6 7 8 9+0.05 0.00 0.00+0.20 +0.15 +0.00+0.20 +0.05 +0.05+0.15+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15+0.05+0.20+0.05 10 0.00+0.15+0.05

3.3.3 輸入量ρ被的不確定度u（ρ被）的評定

輸入量ρ被的不確定度來源主要有： 檢定液溫度引入的不確定度u7，密度計傾斜引入的不確定度u8， 液體毛細常數變化引入的不確定度u9。具體如下：

a.檢定液溫度引入的不確定度u7的評定。

c. 液體毛細常數變化引入的不確定度u9的評定。

3.3.4 修約引入的不確定度u10

修正值結果修約到0.05 kg/m3， 其區間半寬為0.025 kg/m3，服從均勻分布：2×0.056=0.112 kg/m3；830 kg/m3時，U=2×0.065=0.13 kg/m3；850 kg/m3時，U=2×0.065=0.13 kg/m3。

3.4 合成標準不確定度的評定

4 結束語

石油密度計的不確定度評定比對是一個復雜的操作過程，比對時既要嚴謹操作保證測量值的客觀性，還要通過大量的計算才能得出最終修正值。 通過石油密度計的不確定度評定比對工作， 提升了工作人員的理論水平和操作能力，促進了石油密度計的測量結果修正值不確定度評定的規范化與科學化。