電磁流量計(jì)具有測(cè)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(jí),而未對(duì)其不確定度作相應(yīng)的說(shuō)明。本文依據(jù)《JJG 1033-2007電磁流量計(jì)檢定規(guī)程》,采用質(zhì)量法對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量,對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析,具體分析各個(gè)分量引入的不確定度。

1.概述

電磁流量計(jì)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(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。在封閉管道中,設(shè)置一個(gè)與流動(dòng)方向相垂直的磁場(chǎng),通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)推算出流量。電磁流量計(jì)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(jí),未對(duì)流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度作相應(yīng)說(shuō)明,此時(shí)直接用流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí),可能會(huì)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(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定方法,分析各個(gè)影響量引入的不確定度分量,為用戶(hù)合理使用電磁流量計(jì)提供參考。

2.不確定度評(píng)定

本文中電磁流量計(jì)的測(cè)量是依據(jù)《JJG 1033-2007電磁流量計(jì)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(guò)電磁流量計(jì)流入水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的稱(chēng)量衡器內(nèi),測(cè)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(jì)的脈沖數(shù),計(jì)算出流量計(jì)的K系數(shù)作為測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定采用GUM法[3]。

2.1 測(cè)量準(zhǔn)備

測(cè)量條件滿(mǎn)足:溫度(5～35)℃;相對(duì)濕度(15～85)%RH;大氣壓(86～106)kPa;電磁場(chǎng)和振動(dòng)干擾不影響測(cè)量結(jié)果。

測(cè)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(cè)對(duì)象:DN32的電磁流量計(jì),流量范圍為(1.4～28)m3/h,準(zhǔn)確度等級(jí)0.5級(jí)。

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

符合上述條件的測(cè)量結(jié)果,一般可以直接使用本不確定度的評(píng)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(guò)流量計(jì)時(shí),流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)。有:

3.輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)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(lái)源于流量計(jì)的重復(fù)性,采用A類(lèi)方法評(píng)定(極差法系數(shù)d6=2.70)。調(diào)節(jié)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置瞬時(shí)流量至100L/min,并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間,然后用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)流量計(jì)在重復(fù)性條件下進(jìn)行6次測(cè)量,得到數(shù)據(jù)列如表1:

因脈沖數(shù)N受通過(guò)流量計(jì)實(shí)際流體質(zhì)量影響較大,各次測(cè)量不能很好的符合重復(fù)性條件,通過(guò)N值直接計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度會(huì)較大,這里利用計(jì)算得到的K值來(lái)間接求出流量計(jì)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(lái)源于電子秤的定值不確定度,本次使用***大稱(chēng)量為300kg的電子秤,采用B類(lèi)方法評(píng)定,根據(jù)檢定證書(shū)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(lái)源于所使用介質(zhì)密度值的測(cè)定,水在4°C時(shí)的密度1000kg/m3,20°C時(shí)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(lái)源于空氣密度值的測(cè)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(jì)算

4.1 靈敏系數(shù)計(jì)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(jiàn)表2)

4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)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(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度:

Urel=urel(K)·k=3.0×10-4×2=6.0×10-4

4.5 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示

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

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)流量計(jì)不確定度的評(píng)定,可以看出質(zhì)量法測(cè)量流量計(jì)時(shí),流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度對(duì)流量計(jì)測(cè)量結(jié)果影響***大,是主要影響量。不僅僅是電磁流量計(jì),用質(zhì)量法測(cè)量其它類(lèi)型的流量計(jì)時(shí),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(cè)量能力對(duì)于開(kāi)展流量計(jì)的檢定、校準(zhǔn)工作是至關(guān)重要的內(nèi)容,同時(shí),合理的不確定度評(píng)定結(jié)果,對(duì)于用戶(hù)正確使用流量計(jì)也具有非常重要的意義。