電磁流量計(jì)示值誤差校準(zhǔn)不確定度評(píng)定電磁流量計(jì)示值誤差校準(zhǔn)不確定度評(píng)定
摘.. 要: 針對(duì)目前電磁流量計(jì)在出廠時(shí)只標(biāo)注有允許誤差或準(zhǔn)確度等級(jí), 其不確定度未予表述這一現(xiàn)狀, 依據(jù)..電磁流量計(jì)檢定規(guī)程.. jjg 1033- 2007, 進(jìn)行水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)流校驗(yàn)試驗(yàn)。分別介紹了評(píng)定的測(cè)量依據(jù)、環(huán)境條件、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、被測(cè)對(duì)象、測(cè)量過(guò)程以及評(píng)定結(jié)果的使用。示值誤差校準(zhǔn)不確定度分析評(píng)定表明, 該標(biāo)定裝置的不確定度對(duì)于電磁流量計(jì)的測(cè)量非常重要。
關(guān)鍵詞: 電磁流量計(jì).. 示值誤差.. 不確定度.. 水流量標(biāo)定裝置.. 能力比對(duì)
0.. 引言
隨著自動(dòng)化工業(yè)的不斷發(fā)展, 電磁流量計(jì)應(yīng)用不斷擴(kuò)展。在各項(xiàng)工業(yè)系統(tǒng)中, 它是過(guò)程控制或貿(mào)易結(jié)算中極為重要的儀器。因此, 電磁流量計(jì)校驗(yàn)必須在經(jīng)法定計(jì)量部門(mén)檢定認(rèn)可的水流量標(biāo)定裝置上實(shí)流標(biāo)定。其校驗(yàn)誤差是在相對(duì)特定標(biāo)定裝置上測(cè)得的, 所以確定儀表標(biāo)準(zhǔn)誤差的不確定度應(yīng)是首先考慮的問(wèn)題。目前, 不少電磁流量計(jì)生產(chǎn)廠家在其選型資料上標(biāo)明了自家生產(chǎn)儀表的精度, 即允許的誤差或準(zhǔn)確度等級(jí), 而校準(zhǔn)誤差的不確定度未作說(shuō)明。當(dāng)將儀表?yè)Q臺(tái)到其他臺(tái)位上校驗(yàn), 將出現(xiàn)較大的偏差, 這就是沒(méi)有考慮流量標(biāo)定裝置不確定度因素(當(dāng)然流量計(jì)的穩(wěn)定性和重復(fù)性也是關(guān)鍵重要的因素)導(dǎo)致的結(jié)果。本文詳細(xì)闡述了流量計(jì)示值誤差不確定度評(píng)定的計(jì)算方法, 并通過(guò)與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和上海市計(jì)量測(cè)試院進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn), 最終論證了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
1.. 校準(zhǔn)不確定度評(píng)定
本文主要介紹依據(jù)..電磁流量計(jì)檢定規(guī)程.. jjg 1033- 2007, 對(duì)電磁流量計(jì)示值誤差的測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定, 通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)定實(shí)驗(yàn)以確保產(chǎn)品的精確度和可靠性。
1. 1.. 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)要求
依據(jù)..電磁流量計(jì)檢定規(guī)程.. jjg 1033- 2007, 在校準(zhǔn)的環(huán)境條件下, 以流量為100m3 /h、準(zhǔn)確度等級(jí)為0. 5%的dn80mm 電磁流量計(jì)為被測(cè)對(duì)象。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與主要配套儀器設(shè)備為經(jīng)上一級(jí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)的dn40mm ~ dn150 mm 水流量標(biāo)定裝置, 不確定度為0. 041% ( k= 2)。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評(píng)定結(jié)果。
1. 2.. 標(biāo)定方法和數(shù)學(xué)模型
在規(guī)定的環(huán)境條件下, 按..電磁流量計(jì)檢定規(guī)程.. jjg 1033- 2007檢定, 以檢定規(guī)程給出的示值誤差表示式作為不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型, 以循環(huán)水為介質(zhì), 用靜態(tài)質(zhì)量法測(cè)量, 將電磁流量計(jì)顯示的累積流量值與標(biāo)準(zhǔn)裝置的容積值(換算到流量計(jì)處狀態(tài)的累積流量值)比較, 計(jì)算得出電磁流量計(jì)相對(duì)示值誤差如式( 1) 所示。e ij = (qi j - qs ) ij (qs ) ij .. 99% ( 1) 式中: eij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定被檢流量計(jì)的相對(duì)示值誤差, %; qij為第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; (qs ) ij為第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。靈敏系數(shù)c 的表達(dá)式為: c1 = ..f ..qij = 1 (qs ) i j c2 = ..f ..(qs ) ij = - q ij (qs ) 2ij .. - 1 (qs ) ij (2 ) 傳播率計(jì)算公式為: u2rel (e ) = ..f ..qij 2 u2 (qij ) + ..f ..(qs ) i j 2 u2 ( 3) 由于所有輸入量qij、(qs ) i j彼此獨(dú)立且不相關(guān), 故傳播率公式簡(jiǎn)化后如式( 4)所示。(qs ) ij = u2rel (qij ) + u2rel (qs ) ij ( 4)
1. 3.. 示值誤差e 的測(cè)量結(jié)果
依據(jù)..電磁流量計(jì)檢定規(guī)程.. jjg 1033- 2007安裝電磁流量計(jì), 檢定流量點(diǎn)可分為5 點(diǎn)( 10%、25%、50%、75%、99% )。每個(gè)流量檢定點(diǎn)與設(shè)定流量的偏差應(yīng)不超過(guò).. 5%, 每個(gè)流量檢定點(diǎn)的重復(fù)檢定次數(shù)應(yīng)不少于3次。儀表校驗(yàn)記錄結(jié)果如表1所示。表1.. 儀表校驗(yàn)記錄tab. 1.. calibration records of instrument 校驗(yàn)點(diǎn)/% 測(cè)量容積/m3 標(biāo)準(zhǔn)容積/m3 誤差/% 101. 70 1694. 07 1700. 48 - 0. 38 101. 70 2256. 01 2264. 14 - 0. 36 101. 70 1694. 13 1700. 48 - 0. 37 78. 10 1308. 03 1313. 19 - 0. 39 78. 10 1308. 57 1313. 69 - 0. 39 78. 10 1303. 50 1308. 68 - 0. 40 52. 00 870. 54 873. 79 - 0. 37 52. 10 870. 03 873. 29 - 0. 37 52. 10 876. 32 879. 80 - 0. 40 24. 80 551. 69 553. 13 - 0. 26 24. 80 551. 68 553. 13 - 0. 26 24. 80 553. 72 555. 14 - 0. 25 9. 00 351. 67 351. 72 - 0. 02 9. 00 350. 43 350. 22 0. 06 9. 00 352. 18 352. 22 - 0. 01
2.. 評(píng)定數(shù)據(jù)分析
2. 1.. 誤差不確定度
被測(cè)智能電磁流量計(jì)示值誤差e 的不確定度來(lái)源于輸入量qij和標(biāo)準(zhǔn)裝置輸出(qs ) ij。分析指出, 主要不確定度源包括: .. 輸入量qij測(cè)量的不重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度urel (qij )。.. 標(biāo)準(zhǔn)裝置輸出(qs ) ij測(cè)量不準(zhǔn)引起的相對(duì)不確定度urel (qs ) ij。
2. 1. 1.. 相對(duì)不確定度
不確定評(píng)定方法分為a類(lèi)和b類(lèi)2種評(píng)定方法, 該不確定度采用a類(lèi)方法評(píng)定。取校驗(yàn)點(diǎn)99%處測(cè)得的3個(gè)誤差, 可得: ej = 13 .. 3 j = 1ei j = - 0. 37% ( 5) 應(yīng)用如式( 6)所示的貝塞爾公式, 計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差: srel = 1 3- 1.. 3 i= 1 (eij - ej ) 2 = 0. 01% ( 6) 分別將該標(biāo)準(zhǔn)差代入測(cè)量所得的其他校驗(yàn)點(diǎn)各次流量計(jì)誤差值, 可以求出各校驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sj, 如表2所示。表2.. 各校驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差tab. 2.. experimental error from standard at each calibrating points 序號(hào)校驗(yàn)點(diǎn)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)差s j 1 10% 0. 04% 2 25% 0. 00% 3 50% 0. 01% 4 75% 0. 00% 5 99% 0. 01% 合并實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sprel為: sprel = 15 .. 5 j = 1s2j 12 = 0. 02% ( 7) 為了減小風(fēng)險(xiǎn), 取實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差作為相對(duì)不確定度urel (qij ), 則: urel (qi j ) = max(sj ) = 0. 04% ( 8) 自由度v1 的表達(dá)式為: v1 = .. m j= 1nj = 5 .. ( 3- 1) = 10 ( 9)
2. 1. 2.. 相對(duì)不確定度
dn40mm ~ dn150mm 水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置經(jīng)上海計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院華東國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心校準(zhǔn)(根據(jù)..液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程.. jjg 164- 2000), 所得到的具體校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。表3.. 水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)tab. 3.. calibra tion test data on water flow standard device 設(shè)備名稱(chēng)a類(lèi)不確定度b 類(lèi)不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)時(shí)器0. 000 8% 0. 002 0% u1 = 0. 002 2% 衡.. .. 器0. 017 3% u2 = 0. 017 3% 換向器0. 006 3% 0. 007 0% u3 = 0. 009 4% 水密度計(jì)0. 005 8% u4 = 0. 005 8% 為了更好地反映裝置的實(shí)際狀況, 并與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合, 換向器選用流量計(jì)法進(jìn)行檢定。綜合以上各
設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)不確定度、液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度, 其給出的擴(kuò)展不確定度為: urel (qs ) ij = 2(u21 + u22 + u23 + u24 ) 1/2 = 0. 041% .. ( k = 2) ( 10) 為了提高可靠程度, 取置信概率p = 95%, v2 = 50。
3.. 示值誤差不確度評(píng)定
測(cè)量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel (e ): .. .. urel (e ) = urel (qij ) 2 + urel (qs ) 2ij = ( 0. 04) 2+ ( 0. 041) 2% = 0. 057% ( 11) 有效自由度為: vef f = u4rel (e ) [ urel (qij ) ] 4 v1 + [ urel (qs ) ij ] 4 v2 = 0. 0574 0. 044 10 + 0. 0414 50 .. 35 ( 12) 取置信概率p = 95%, 按有效自由度veff = 35, 查t 分布表得k95 = t95 ( 35) = 2. 03, 示值誤差e 測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度u95rel為: u95rel = k95 .. urel (e ) = 0. 057% .. 2. 03= 0. 12% ( 13) 被測(cè)電磁流量計(jì)示值誤差e = - 0. 40%, 其擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度為: u95rel = 0. 12% veff = 35 本公司將此臺(tái)校驗(yàn)的電磁流量計(jì)送至中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和上海市計(jì)量測(cè)試院進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn), 測(cè)量審核滿意度公式如下: en = k - k0 k1 u2 + u20 ( 14) 該試驗(yàn)證實(shí)了本公司水流量標(biāo)定裝置與國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院和上海計(jì)量測(cè)量院的標(biāo)定裝置有同等級(jí)的不確定度。
4.. 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)流量計(jì)不確定度的評(píng)定, 可以看出標(biāo)定裝置的不確定度對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的重要性。標(biāo)定裝置的不確定度越高, 越能真實(shí)地反映流量計(jì)的測(cè)量誤差, 也越能保證流量計(jì)出產(chǎn)時(shí)的精度, 為用戶提供可靠的保障。因此, 提高標(biāo)定裝置的不確定度對(duì)于開(kāi)展流量計(jì)的檢定工作和正常的生產(chǎn)工作來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的一個(gè)方面。
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