1 概述

本中心靜態質量 法 水 流 量 標 準 裝 置 型 號 為LBY － 150，流量測量范圍( 0. 2 ～ 450) m3 /h，管徑測量范圍 DN( 15 ～ 200) mm，用于對各類液體流量計實施強制檢定。科里奧利質量流量計準確度和穩定性較高，理論上不受被測介質溫度、壓力、密度等參數的影響，廣泛應用于貿易結算和計量交接。［1］本文所用質量流量計由艾默生過程控制有限公司制造，準確度等級為 0. 2 級，質量流量范圍( 2. 78 ～ 27. 78) kg /s，電源電壓 220V，輸出( 4 ～ 20) mA 電流信號。 2 不確定度評定

 

2. 1 測量模型建立

本裝置采用質量法進行檢定，不使用砝碼，每次測量的實際標準質量 Qs 按式( 1) 計算:

Qs = M·c ( 1)

式中: Qs—實際標準質量，kg; M—電子天平示值，kg; c—浮力修正因子。

 

浮力修正因子 c 按式( 2) 計算: ［2］

標準質量流量 qs 按式( 3) 計算:

 

式中: t———測量時間，s。

 

由此可得測得值的示值誤差:

2. 2 合成標準不確定度及靈敏系數

 

根據測量不確定度的傳播律，合成標準不確定度 uc 按式( 5) 計算:

式中: ct、cM、cρ水 、cρ氣 、cq———計時器、電子天平、水密度、空氣密度及流量計重復性等輸入量的靈敏系數，分別為:

 

式中: ut、uM、uρ水 、uρ氣 、uq 分別為計時器、電子天平、水密度、空氣密度和流量計重復性引入的標準不確定度。

 

3 各輸入量引入的標準不確定度

3. 1 計時器引入的標準不確定度 ut

本裝置單次檢定時設置時間一般為 60s，由大量檢定實驗可知，其顯示時間在( 59. 965s ～ 60. 035s) 區間內，故取其不確定度區間半寬度0. 035s，按均勻分布考慮，則:

 

3. 2 電子天平引入的標準不確定度 uM

檢定時選用 6t 的電子天平，非常大允許誤差為± 500g。其不確定度區間半寬度為 0. 5kg，按均勻分布考慮，則:

3. 3 水密度引入的標準不確定度 uρ水

本裝置配置的水池尺寸約為 7m × 7m × 5m，取非常大測量量程 450m3 /h，按單次檢定時間 60s 計算，水池池面下降非常大不會超過 15cm 左右，再通過消氣裝置除氣，故不考慮水流波動和氣泡對水密度的影響，只考慮水溫變化對密度的影響。由大量實驗可知，對某個流量點的三次檢定過程中，水溫變化一般不超過 ±0. 2℃。假設水溫在 20℃時檢定，查水溫與密度對照表可知:

 t1 =19. 5℃，ρ1 =998. 334kg /m3 ; 

t2 =20. 0℃，ρ2 =998. 232kg /m3 ; 

t3 =20. 5℃，ρ3 =998. 128kg /m3。

通過計算可知: 當水溫在( 19. 8 ～ 20. 2) ℃時，密度為( 998. 1904 ～998. 2728) kg /m3，其不確定度區間半寬度為0. 0412kg /m3，按均勻分布考慮，則:

3. 4 空氣密度引入的標準不確定度 uρ氣

濕空氣的密度不能被直接測量，通常需依據大氣壓、干球溫度、濕球溫度等參數來進行計算，［3］實際測量比較繁瑣，本文使用干空氣的密度來評定其引入的標準不確定度。假設空氣溫度在 20℃ 時檢定，檢定過程中空氣溫度變化非常大不超過 1℃，查空氣密度表可知: 當溫度在( 19 ～ 21) ℃ 時，干空氣密度為( 1. 201 ～ 1. 209) kg /m3，其不確定度區間半寬度為 0. 004kg /m3，按均勻分布考慮，則:

 

3. 5 流量計重復性引入的標準不確定度 uq

測量重復性是被測量估計值的不確定度的一個分量，本文被測量估計值取 10 次重復測量的平均值，得到數據如表 1 所示。

由貝塞爾公式求單次測得值的實驗標準偏差s = 0. 004854kg /s，則由重復性導致的非常佳估計值的標準不確定度為:

4 靈敏系數計算

取某次測量數據，t = 60. 033s，q = 23. 6001kg /s，M =1416. 792kg，取常壓、20℃下的水密度 998. 232kg /m3，

干空氣密度1. 205kg /m3。代入式( 6) ～式( 10) ，可得: 

ct = 0. 01664s － 1 

cM = － 7. 050 × 10 － 4 kg － 1 

cρ水 = 1. 209 × 10 － 6m3 /kg 

cρ氣 = － 1. 002 × 10 － 3m3 /kg 

cq = 0. 04232s/kg

 

5 擴展不確定度計算

將以上結果代入式( 5) ，計算可得合成標準不確定度 uc = 0. 0398% ，則:擴展不確定度 U = k·uc = 0. 080% ，k = 2由此可得: 該質量流量計符合準確度等級的要求，示值誤差檢定合格。