超聲波水表檢定結果及不確定度評定

康寶龍 梁志強 白天祿

關鍵詞：標準表法，大口徑，超聲水表，示值誤差，測量不確定度

1 概 述

1.1 測量依據

JJG 162-2019《飲用冷水水表》。

1.2 測量環境

溫度（15±5）℃，相對濕度35%。

1.3 標準裝置

標準表法水流量標準裝置（0.2級，k =2）。

1.4 被檢對象

SCL-61D2型超聲水表。

1.5 測量過程

依據JJG 162-2019《飲用冷水水表》，采用直接測量法[1]。將SCL-61D2型超聲水表安裝于測量管段，在其額定流量范圍內通水3分鐘，排出表內及管段內空氣。進入累積量檢定狀態，調節裝置流量到檢定流量值，待流量穩定后，設定檢定時間為1 min，分別記錄被檢表示數V與標準表讀數VS，如式（1）即得該檢定點的示值誤差。本次檢定依據規程[2]選擇最小流量點、分界流量點和常用流量點，分別為16 m3 /h，2.56 m3 /h和400 m3 /h。

2 測量模型

單個檢定點的示值誤差為：

3 不確定度評定

由測量模型和測量方法可知，被檢超聲水表在示值誤差評定過程中的不確定度主要來源于[4]：（1）多次重復測量引入的標準不確定度分量u 1（V ），采用A類方法評定。（2）被檢表顯示裝置（表頭）分辨力引入的標準不確定度分量u 2（V），采用B類方法評定。（3）標準裝置引入的標準不確定度分量u （V S ） ，采用B類方法評定[5]。

3.1 A類標準不確定度評定

輸入量由被檢表的示值確定，故其標準不確定度分量u 1（V ）來自于測量過程中的重復性。對每一流量點進行3次重復測量，得到測量列，測量數據見表1，此超聲水表的示值誤差滿足規程要求，檢定合格。每一檢定點在重復檢定過程中，其測量重復性為s （E ），利用極差法公式（4）求得[6]，單個檢定點由重復性測量引入的不確定度分量u 1（V ）由公式（5）求得[7]：

式中：E m a x為單個檢定點示值誤差的最大值，%；Emin為單個檢定點示值誤差的最小值，%；為單個檢定點的算術平均值，m3。

在最小流量點：測量重復性為1.98%，不確定度分量為0.302×10-3 m 3；在分界流量點：測量重復性為1.83%，不確定度分量為0.451×10-3 m 3；在常用流量點：測量重復性為0.25%，不確定度分量為9.784×10-3 m3 。

3.2 B類標準不確定度評定

（1）由被檢表分辨力引入的標準不確定度分量文中SCL-61D2型超聲水表由數字式表頭提供示值，其分辨力為0.001 m3，估計由此分辨力引入的不確定度分量u 2（V）滿足均勻分布，則在任意檢定點處有：

（2）裝置中標準表引入的標準不確定度分量u （VS ）標準表法液體流量標準裝置中主標準器為準確度等級為0.2級的標準表，取包含因子k =2（均勻分布）。則在任意流量點處，有：

分別將標準表示數的算術平均值帶入公式（7），在最小流量點處，標準表引入的不確定度分量為0.027×10-3 m3；在分界流量點處，標準表引入的不確定度分量為0.043×10-3 m3；在常用流量點，標準表引入的不確定度分量為6.713×10-3 m3。

3.3 合成標準不確定度

在對S C L - 6 1 D 2 型超聲水表的最小流量點（1. 6 m 3 / h）進行檢定時，其測量誤差的標準不確定度分量匯總見表2 。合成標準不確定度。在對SCL-61D2型超聲水表的分界流量點（2.56 m3/h）進行檢定時，其測量誤差的標準不確定度分量匯總見表3。合成標準不確定度。對其常用流量點（400 m3/h）進行檢定時，其測量誤差的標準不確定度分量匯總見表4。合成標準不確定度。

3.4 超聲水表示值誤差檢定過程的不確定度評定

結果取擴展因子k =2，使用標準表法液體流量標準裝置檢定超聲水表，在最小流量點處，測量結果的擴展不確定度為U = 4.90%（k =2），在分界流量點處，測量結果的擴展不確定度為U =3.40%（k =2），在常用流量點處，U =0.36%（k =2）。

4 結語

本文采用標準表法液體流量標準裝置對超聲水表示值誤差進行了檢定并給出檢定結果，檢定數據表明三個被檢點均符合檢定規程JJG 162-2019《飲用冷水水表》中對示值誤差的要求。此外，文章結合現場實測數據和測試環境，依據測量模型對測量過程中的不確定度分別進行了定性和定量地分析，分析結果表明，受管段內介質壓力、流速和介質流動狀態等因素的綜合作用，在最小流量點處，測量過程中的不確定度最大，在最大流量點處，測量過程中的不確定度最小，測試結果與理論分析相符，此分析過程在一定程度上為有效評價檢定結果提供了依據。