0 前言

標(biāo)準(zhǔn)表法流量裝置是指流體在相同的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，用比較的方法確定被檢流量計(jì)的準(zhǔn)確度的方法。裝置由流體源、試驗(yàn)管路系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥以及輔助設(shè)備等組成，方便量值傳遞、擴(kuò)大流量范圍、節(jié)約投資和提高檢定效率。渦輪流量計(jì)具有精度高、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬和壓損小等優(yōu)點(diǎn)，［1］常作為標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中。

 

根據(jù) JJG 643 － 2003《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》可知，利用標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，選取量程內(nèi)的固定幾個(gè)流量點(diǎn)作為檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)與被檢流量計(jì)工作時(shí)的實(shí)際流量點(diǎn)不一致，即非定點(diǎn)使用的情況。非定點(diǎn)使用的流量計(jì)，需基于檢定點(diǎn)的不確定度對(duì)未檢定流量點(diǎn)的不確定度進(jìn)行評(píng)估，不同的評(píng)估方法對(duì)不確定度的引入存在差別。本文對(duì) 6 臺(tái)渦輪流量計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果為參考，采用線性內(nèi)插和曲線擬合兩種方法對(duì)比，分析兩種評(píng)估方法。 1 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)是一種流量測(cè)量?jī)x表，流動(dòng)流體的動(dòng)力驅(qū)使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成比例。通過(guò)流量計(jì)的流體體積示值是以渦輪葉輪轉(zhuǎn)數(shù)為基準(zhǔn)的。使用儀表系數(shù) K 計(jì)算流量計(jì)示值誤差的為 A 類，使用累積流量計(jì)算流量計(jì)示值誤差的為 B 類。

 

 1. 1 使用儀表系數(shù) K 計(jì)算示值誤差

式中: Ki———檢定點(diǎn)的平均儀表系數(shù)，( m3 ) － 1 或 L － 1 ; 

Kij———第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定的系數(shù)，( m3 ) － 1 或 L － 1 ;

Nij———第 i 個(gè)檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)流量計(jì)顯示儀表測(cè)得的脈沖數(shù); 

Vij———第 i 個(gè)檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得的實(shí)際體積，m3或 L;

 i———1，2，…，m，m 為檢定點(diǎn)數(shù)，m≥3; 

j———1，2，…，n，n 為檢定點(diǎn)數(shù)，n≥3。

 

渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù) K:

渦輪流量計(jì)儀表的非常大示值誤差 E:

 

 

 

1. 2 使用累積流量計(jì)算流量計(jì)的相對(duì)示值誤差

式中: Eij———第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定被檢流量計(jì)的相對(duì)示值誤差，% ; 

Vij———第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)流量計(jì)顯示的累積流量值，m3 ; 

( Vs) ij———第 i 檢定點(diǎn)第 j 次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計(jì)處狀態(tài)的累積流量值，m3。 

 

第 i 檢定點(diǎn)被檢流量計(jì)的相對(duì)示值誤差( 見表1) :

 

 

2 誤差評(píng)估方法

2. 1 線性內(nèi)插

渦輪流量計(jì)的理想特性是假定渦輪處于勻速運(yùn)動(dòng)的平衡狀態(tài)，并且機(jī)械摩擦阻力矩和流體對(duì)渦輪的阻力矩均可忽略的條件下，儀表系數(shù)與流量之間的關(guān)系為線性。

 

對(duì)于非定點(diǎn)使用下渦輪流量計(jì)的相對(duì)示值誤差，國(guó)內(nèi)普遍采用線性內(nèi)插法( 簡(jiǎn)寫為 LI) ，即通過(guò)相鄰流量的 qv，i、qv，i + 1及誤差 Ei、Ei + 1，采用線性內(nèi)插的方式計(jì)算得到相鄰流量間 qv，I，i +1的誤差 ELI，i，i +1，則:

將示值誤差視為 B 類不確定度，為矩陣分布， KLI，i，i + 1相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ur( KLI，i，i + 1 ) 為:

線性內(nèi)插法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ur，K － LI，為標(biāo)準(zhǔn)不確定度中的非常大值( 見表 2) :

 

2. 2 曲線擬合

渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)主要受機(jī)械摩擦阻力和流體阻力的影響。機(jī)械摩擦阻力越小，流量計(jì)的始動(dòng)流量值也越小，即在小流量區(qū)段量限越寬，減小流量計(jì)的軸與軸承間的摩擦力可提高小流量特性。流體的運(yùn)動(dòng)粘度較低時(shí)，儀表系數(shù)幾乎為一常數(shù)，超過(guò)某一黏度值后，儀表系數(shù)將隨著運(yùn)動(dòng)黏度的增大不再呈現(xiàn)線性。 對(duì) 6 臺(tái)渦輪流量計(jì)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行流量計(jì)誤差E 和檢定點(diǎn) qv 間進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算擬合參數(shù)和不確定，其公式如下:

帶入多項(xiàng)式擬合公式中，計(jì)算得到儀表系 數(shù)KCＲ，i，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 Ki間的偏差 DCＲ，i為:

基于各流量點(diǎn)的偏差，并考慮多項(xiàng)式擬合公式中 5 個(gè)常數(shù)計(jì)算對(duì)自由度的影響，擬合曲線的不確定度 ur，K － CＲ為:

計(jì)算出 6 臺(tái)渦輪流量計(jì)的擬合系數(shù)和不確定度，具體數(shù)據(jù)見表 3。

 

2. 3 評(píng)估方法比較

基于 6 臺(tái)渦輪流量計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果，線性內(nèi)插和曲線擬合得到的各渦輪流量計(jì)的不確定度如圖1 所示。

圖 1 表明: 線性內(nèi)插法的不確定度明顯超過(guò)曲線擬合法，線性內(nèi)插的不確定度非常大為 0. 072% ，曲線擬合法非常大為 0. 025% ，其中兩種不確定度差異非常大的達(dá)到 0. 047% 。 

 

3 結(jié)論

以 6 臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，比較線性插值和曲線擬合兩種誤差評(píng)定方法引入的不確定度，曲線擬合結(jié)果更符合渦輪流量計(jì)的儀表特性，能更好的預(yù)測(cè)渦輪流量計(jì)在各流量點(diǎn)的誤差值，實(shí)現(xiàn)量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。

 

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