差壓式流量計流量測量不確定度評定

馮鑫 周文輝 陳青玉 劉休休

【摘要】差壓式流量計具有測量精度高、可靠性好等優點，被廣泛應用于石油、化工、冶金、供暖等領域，在環保節能減排、流量貿易結算等方面發揮著重要作用。本文以準確度等級1.5級、規格DN200的標準孔板為例，依據國家檢定規程JJG 640—2016《差壓式流量計》建立數學模型，分析各類不確定度來源，對流量計流量測量的不確定度進行計算和評定，以期為相關計量檢定人員提供參考借鑒。

【關鍵詞】差壓式流量計；流出系數；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.071

Evaluation of Measurement Uncertainty for the Outflow Coefficient of Differential Pressure FlowMeters

FENG Xin， ZHOU Wenhui， CHEN Qingyu， LIU Xiuxiu

（Henan Institute of Metrology， Zhengzhou 450008， China）

Abstract： Differential pressure flowmeters have advantages such as high measuring accuracy and good reliability. They are widely used in fields such as petroleum， chemical industry， metallurgy， and heating. They play an important role in environmental protection， energy conservation， emission reduction， and flow trade settlement. This article takes a standard orifice plate with an accuracy level of 1.5 and a size of DN200 as an example， and establishes a mathematical model based on the national verification regulations JJG 640—2016 Differential Pressure Flowmeters. It analyzes various sources of uncertainty， calculates and evaluates the uncertainty of flow measurement for flow meters， aiming to provide reference for relevant metrology verification personnel.

Keywords： differential pressure flowmeter； discharge coefficient； uncertainty

0引言

差壓式流量計廣泛用于石油、化工、冶金和供暖等領域，其測量值的準確性和可靠性對于能源、環保等行業至關重要，且與人民群眾的利益密切相關。流量計的準確性、穩定性、可靠性以及適用性，直接影響交易雙方的切身利益。

差壓式流量計主要由節流裝置、引壓導管、三閥組、差壓變送器和顯示儀表組成。其中節流裝置由標準孔板、ISA1932噴嘴、長徑噴嘴等標準節流件以及取壓裝置構成。差壓變送器是差壓式流量計中的重要組成部分，它能將節流裝置的差壓信號轉變成電流信號。顯示儀表將差壓變送器產生的標準電流信號及其他裝置產生的補償信號進行計算，顯示瞬間流量、累計流量及其他流量。

差壓式流量計的工作原理為：充滿管道的流體流經管道內的節流裝置，在節流件附近造成局部收縮使流速增加，在其上下游兩側產生靜壓差。在已知有關參數的條件下，根據流動連續原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量的關系而求得流量。目前，常用的檢定標準節流裝置的方法分為幾何檢測法、系數檢測法、示值誤差檢測法。根據JJG 640—2016《差壓式流量計》中幾何檢測法的要求可知，影響節流件檢定的因素主要包括：平面度，工作條件下節流孔直徑，工作條件下上下游管道內徑、厚度，噴嘴總長度和喉部長度等。

1測量方法

依據國家檢定規程JJG 640—2016，利用幾何檢測法對標準差壓式流量計的各個參數進行檢測。本次以一臺準確度等級為1.5級、規格為DN200的標準孔板為例進行評定。

2建立測量模型

2.1數學模型

3標準不確定度分析

不確定度的主要來源有：1）管道內徑測量重復性引入的不確定度；2）孔板開孔直徑重復測量引入的不確定度；3）流體流出系數C引入的不確定度；4）β值引入的不確定度。

4標準不確定度分量的計算

4.1管道內徑D的不確定度評定

4.2孔板開孔直徑d的不確定度評定

分別對孔板開孔直徑d進行測量，在不同的徑向測量6次，得到下列數據：96.788、96.792、96.784、96.788、96.789、96.781 mm。板開孔直徑d的不確定度為：

5合成標準不確定度及擴展不確定度的評定

合成標準不確定度為：

6結束語

本文以準確度等級1.5級、規格DN200的標準孔板流量計為例，在特定的溫度、大氣壓力條件下進行了流量計測量不確定度評定。通過本次評定可以得出，除去差壓式流量計檢定裝置自身的影響，生產廠家提供計算書中流出系數的分量對整個差壓式流量計測量不確定度的影響較大。因此，在日常的檢定校準工作中，應保證生產廠家使用正確的材質及較高的生產工藝，確保管道內徑、開孔直徑等參數的準確性，盡可能減小標準節流件本身引入的流出系數分量，從而保證整個不確定度評定的準確性。

【參考文獻】

[1]液體流量標準裝置：JJG 164—2000[S].

[2]差壓式流量計：JJG 640—2016[S].

[3]倪育才.實用測量不確定度[M].北京：中國質檢出版社，2016.

[4]測量不確定度評定和表示：GB/T 27418—2017[S].

[5]王池.流量測量不確定度分析[M].北京：中國計量出版社，2002.

【作者簡介】

馮鑫，男，1986年出生，工程師，碩士，研究方向為流量計量。

（編輯：李加鵬）