電磁流量計具有測量范圍大,可選流量范圍寬,可應(yīng)用于腐蝕性流體等優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛的應(yīng)用。然而在實(shí)際生產(chǎn)中,大多數(shù)生產(chǎn)廠家僅給出儀表的***大允差或準(zhǔn)確度等級,而未對其不確定度作相應(yīng)的說明。本文依據(jù)《JJG 1033-2007電磁流量計檢定規(guī)程》,采用質(zhì)量法對電磁流量計進(jìn)行測量,對電磁流量計測量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析,具體分析各個分量引入的不確定度。

1.概述

電磁流量計是20世紀(jì)50～60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。在封閉管道中,設(shè)置一個與流動方向相垂直的磁場,通過測量導(dǎo)電液體在磁場中運(yùn)動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢推算出流量。電磁流量計的生產(chǎn)廠家大多僅給出儀表的***大允許誤差或準(zhǔn)確度等級,未對流量計測量結(jié)果的不確定度作相應(yīng)說明,此時直接用流量計進(jìn)行測量時,可能會出現(xiàn)較大的偏差,得不到理想的結(jié)果。

本文詳細(xì)闡明了電磁流量計測量結(jié)果的不確定度評定方法,分析各個影響量引入的不確定度分量,為用戶合理使用電磁流量計提供參考。

2.不確定度評定

本文中電磁流量計的測量是依據(jù)《JJG 1033-2007電磁流量計檢定規(guī)程》進(jìn)行的,采用規(guī)程中的質(zhì)量法,利用介質(zhì)通過電磁流量計流入水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的稱量衡器內(nèi),測出流入衡器內(nèi)水的質(zhì)量(然后換算成體積)和采集到電磁流量計的脈沖數(shù),計算出流量計的K系數(shù)作為測量結(jié)果。測量結(jié)果的不確定度評定采用GUM法[3]。

2.1 測量準(zhǔn)備

測量條件滿足:溫度(5～35)℃;相對濕度(15～85)%RH;大氣壓(86～106)kPa;電磁場和振動干擾不影響測量結(jié)果。

測量標(biāo)準(zhǔn): 靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置, 裝置不確定度為:

U=0.05%,k=2。

被測對象:DN32的電磁流量計,流量范圍為(1.4～28)m3/h,準(zhǔn)確度等級0.5級。

測量過程:以100L/min的流量為測量點(diǎn),在規(guī)定條件下,比較電磁流量計輸出脈沖與標(biāo)準(zhǔn)流量累積值,計算出流量計K系數(shù)。

符合上述條件的測量結(jié)果,一般可以直接使用本不確定度的評定結(jié)果。

2.2 數(shù)學(xué)模型

K系數(shù)的定義:單位體積(質(zhì)量)的流體通過流量計時,流量計發(fā)出的脈沖數(shù)。有:

3.輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 輸入量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于流量計的重復(fù)性,采用A類方法評定(極差法系數(shù)d6=2.70)。調(diào)節(jié)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置瞬時流量至100L/min,并穩(wěn)定運(yùn)行一段時間,然后用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對流量計在重復(fù)性條件下進(jìn)行6次測量,得到數(shù)據(jù)列如表1:

因脈沖數(shù)N受通過流量計實(shí)際流體質(zhì)量影響較大,各次測量不能很好的符合重復(fù)性條件,通過N值直接計算得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度會較大,這里利用計算得到的K值來間接求出流量計重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

利用極差法,單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差:S=(Kmin-Kmax)/dn=(99.988-99. 932)/2.70=0.02074(1/L)

3.2 輸入量M引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量M的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于電子秤的定值不確定度,本次使用***大稱量為300kg的電子秤,采用B類方法評定,根據(jù)檢定證書中的信息,其不確定度區(qū)間半寬為300×0.0005=0.15kg,按均勻分布有:u(M)=0.15/3=0.0866 (kg)。

3.3 輸入量ρ1引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量ρ1的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于所使用介質(zhì)密度值的測定,水在4°C時的密度1000kg/m3,20°C時為998.6kg/3 m3,不確定度區(qū)間半寬0.05 kg/m3,按均勻分布有:u(ρ1)=0.05/3=0.029 (kg/m3)。

3.4 輸入量ρ2引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

 輸入量ρ2的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于空氣密度值的測定,通常為(1.1～1.2)kg/m3,取不確定度區(qū)間半寬0.1 kg/m3,按均勻分布有:u(ρ2)=0.1/=0.058 (kg/m3)

4.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

4.1 靈敏系數(shù)計算

將以上結(jié)果分別代入(6)、(7)、(8)、(9):C1=(1000-1.2)/300=3.32933(1/m3);C2=-25050×(1000-1.2)/3002=-277.999(1/kg·m3);C3=25050/300=83.5 (1/kg);C4=-25050/300=-83.5 (1/kg)。

4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表(見表2)

4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

上述不確定度分量互不相關(guān),彼此獨(dú)立,相關(guān)系數(shù)為零[4]。由公式(5)可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

4.4 擴(kuò)展不確定度

取置信概率為95%,包含因子k=2,則測量結(jié)果的相對擴(kuò)展不確定度:

Urel=urel(K)·k=3.0×10-4×2=6.0×10-4

4.5 測量不確定度報告與表示

電磁流量計在流量點(diǎn)100L/min時校準(zhǔn)結(jié)果的相對擴(kuò)展不確定度為:Urel=6.0×10-4,k=2。

5.結(jié)語

通過對流量計不確定度的評定,可以看出質(zhì)量法測量流量計時,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度對流量計測量結(jié)果影響***大,是主要影響量。不僅僅是電磁流量計,用質(zhì)量法測量其它類型的流量計時,此項(xiàng)同樣是作為主要分量出現(xiàn)。因此,提高流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量能力對于開展流量計的檢定、校準(zhǔn)工作是至關(guān)重要的內(nèi)容,同時,合理的不確定度評定結(jié)果,對于用戶正確使用流量計也具有非常重要的意義。