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静态容积法油流量标准装置现场校准质量流量计测量结果不确定度评定

发布时间:2019-04-16 12:45:33 浏览:

0 引言

科里奥利质量流量计是利用流体在振动管中流动时产生与流体质量流量成正比的科里奥利力这一原理, 以直接或间接测量科里奥利力而得到流体质量流量的方法, 制成的一种直接式质量流量仪表。它具有准确度高, 稳定性好, 量程比大, 介质适应性强, 且不受被测介质物理参数和管内流体状态的影响, 能够实现对质量流量直接测量等特点[1], 广泛应用于油库中成品油的计量。本文依据JJG1038—2008《科里奥利质量流量计》检定规程, 使用静态容积法油流量标准装置, 利用分项组合法对油库中使用的科里奥利质量流量计进行现场校准, 并对被检流量计相对误差的测量不确定度进行评定。

1 概述

1) 测量依据:JJG 1038—2008《科里奥利质量流量计》检定规程;

2) 环境条件:环境温度一般为5~45℃, 相对湿度一般为 (35~95) %RH, 大气压力一般为86~106kPa;

3) 测量标准:二等标准金属量器 (容积为2000L) , 数字防爆温度计 (分度值为0.1℃) , 工作用玻璃液体温度计 (分度值为0.1℃) , 二等标准石油密度计, 秒表 (分度值为0.01s) ;

4) 测量对象:常规的科里奥利质量流量计 (0.2级) ;

5) 测量介质:92号车用汽油;

6) 测量方法:在规定的环境条件下, 按照检定规程规定的测量程序, 以油库工况下固定的发油流量发油, 测量三次, 利用分项组合法, 计算得到被检流量计的相对示值误差[2]

2 数学模型及不确定度传播率[2,3]

2.1 数学模型

为使测量结果不确定度评定过程更具逻辑性, 采用分步的方式构建数学模型。

1) 数学模型 (1) :计量温度下的油品体积 (Vt)

 

2) 数学模型 (2) :油品在20℃下的标准体积 (V20)

 

3) 数学模型 (3) :20℃的油品计量密度 (ρ)

 

4) 数学模型 (4) :油品在空气中的标准计重质量 (Qs)

 

5) 数学模型 (5) :流量计相对误差 (E)

 

式中:Vs为标准金属量器读出容积, L;βs为标准金属量器的体膨胀系数, ℃-1;ts为标准金属量器处液体温度 (计量温度) , ℃;VCF为体积修正系数;ρ20为油品在20℃下的标准密度, g/cm3;Q为被检流量计累积质量流量, kg。

2.2 不确定度传播率

 
 
 
 
 

由于Q≈Qs, 故:u2c (E) =u2r (Q) +u2r (Qs)

3 各输入量的标准不确定度[4,5,6,7,8]

3.1 被检流量计累积质量流量测量结果的重复性引入的相对标准不确定度ur (Q)

选取一台常规的科里奥利质量流量计 (0.2级) , 以油库工况下固定的发油流量发油, 测量三次, 结果如表1所示。

表1 质量流量计工况固定发油流量点的测量结果     下载原表

表1 质量流量计工况固定发油流量点的测量结果

测量结果的重复性引入的相对标准不确定度为:

 

3.2 计量温度下油品体积的相对标准不确定度ur (Vt)

本次校准过程中, 使用数字防爆温度计测得的标准金属量器处液体温度 (计量温度) ts为35.6~35.7℃。取最大值35.7℃计算, 得到较大的相对标准不确定度。由数学模型 (1) 可得。

3.2.1 标准器引入的相对标准不确定度分量ur (Vs)

依据标准器的检定证书和JJG 2024—1989《容量计量器具检定系统》规定, 二等标准金属量器的扩展不确定度Ur=2.5×10-4, k=3[8]。相对标准不确定度分量及其相对灵敏系数分别为:

 
 

3.2.2 标准器体膨胀系数引入的相对标准不确定度分量ur (βs)

标准金属量器的体膨胀系数βs=50×10-6-1, 查资料, 其不确定度为U=5×10-6-1, 符合均匀分布。相对标准不确定度分量及其相对灵敏系数分别为:

 
 

3.2.3 标准器内油温引入的相对标准不确定度分量ur (ts)

依据数字防爆温度计的校准证书, 温度测量值的扩展不确定度U=0.2℃, k=2。相对标准不确定度分量及其相对灵敏系数分别为:

 
 

3.2.4 由数学模型 (1) 得到的相对标准不确定度ur (Vt)

 

3.3 密度测量和密度相关参数不确定度分析

依据GB/T 1884—2000方法, 使用二等标准石油密度计和工作用玻璃液体温度计, 分别测量油品的视密度 (ρ') 和试验温度 (t') , 并依据GB/T1885—1998, 查表得到油品20℃下的标准密度 (ρ20) 。使用数字防爆温度计测量标准金属量器内油温 (ts) , 依据GB/T 1885—1998, 查表得到体积修正系数VCF[7,8]

3.3.1 油品视密度的标准不确定度u (ρ')

3.3.1. 1 二等标准石油密度计的修正值引入的标准不确定度分量u (ρ'1)

在油品密度测量时, 密度计读数需要修正, 依据检定证书 (校准证书) , 其修正值的扩展不确定度U=0.00020g/cm3, k=2。

 

3.3.1. 2 密度计估读引入的标准不确定度分量u (ρ'2)

二等标准石油密度计的分度值为0.0005g/cm3, GB/T 1884—2000要求的读数间隔为分度值的1/5, 按均匀分布计算。

 

3.3.1. 3 密度计倾斜读数引入的标准不确定度分量u (ρ'3)

按照JJG 86—2011《标准玻璃浮计》的规定, 浮计干管与液面间的垂直偏差不得大于0.1个分度值。服从均匀分布:

 

3.3.1. 4 密度计测量过程中油液温度变化引入的标准不确定度分量u (ρ'4)

GB/T 1884—2000规定, 测量过程中油液温度最大变化为0.5℃。油液温度变化引起的密度计示值变化为:Δρ'=ρ'·Δt·βM, 服从均匀分布。

本次校准过程中, 视密度ρ'测得值为0.7270~0.7276g/cm3。取最大值0.7276g/cm3计算, 得到较大的标准不确定度分量。Δt取最大允许温度变化0.5℃, βM为密度计体膨胀系数25×10-6-1

 
 

3.3.1. 5 密度计修正引入的标准不确定度分量u (ρ'5)

依据GB/T 1884—2000, 要求对观察到的密度计读数进行修正后, 记录到0.0001g/cm3。修约间隔为0.00005g/cm3, 服从均匀分布。

 

3.3.1. 6 合成标准不确定度u (ρ')

 

3.3.1. 7 扩展不确定度U (ρ')

油品视密度的扩展不确定度为:U (ρ') ≈0.0003g/cm3, k=2

3.3.2 试验温度的标准不确定度u (t')

3.3.2. 1 工作用玻璃液体温度计引入的标准不确定度分量u (t'1)

在油品试验温度测量时, 温度计读数需要修正, 依据检定证书 (校准证书) , 其修正值的扩展不确定度为U=0.06℃, k=2。

 

3.3.2. 2 温度计读数引入的标准不确定度分量u (t'2)

依据GB/T 1884—2000, 要求温度计读数时记录温度接近到0.1℃。假设近似取值间隔为0.05℃, 服从均匀分布。

 

3.3.2. 3 温度计修正引入的标准不确定度分量u (t'3)

依据GB/T 1884—2000, 要求对观察到的温度计读数进行修正后, 记录到接近0.1℃。修约间隔为0.05℃, 服从均匀分布。

 

3.3.2. 4 合成标准不确定度u (t')

 

3.3.2. 5 扩展不确定度U (t')

试验温度的扩展不确定度为:U (t') ≈0.1℃, k=2。

3.3.3 标准密度的标准不确定度u (ρ20)

本次校准过程中, 油品的视密度ρ'测得值为0.7270~0.7276g/cm3, 试验温度t'测得值为34.6~34.7℃。根据测得的油品视密度和试验温度, 查表 (59B) 得到油品20℃下的标准密度ρ20。依据GB/T1885—1998, 采用内插法确定标准密度, 温度值不内插, 用较接近的温度值查表。

3.3.3. 1 试验温度测量引入的标准不确定度ut' (ρ20)

同时根据上文计算所得, 试验温度的扩展不确定度为0.1℃。查表 (59B) 得到由此引入的标准密度的最大变化为:0.0002g/cm3, 服从均匀分布:

 

3.3.3. 2 视密度测量引入的标准不确定度uρ' (ρ20)

根据上文计算所得, 视密度的扩展不确定度0.0003g/cm3。查表 (59B) 得到由此引入的标准密度的最大变化为:0.0003g/cm3, 服从均匀分布:

 

3.3.3. 3 标准密度计测量结果的重复性引入的标准不确定度分量uρ20 (ρ20)

参照GB/T 1884—2000, 20℃下标准密度两次测量结果的极差最大为0.0002g/cm3。最终测量结果取两次测量结果的平均值。

 

3.3.3. 4 合成标准不确定度u (ρ20)

 

3.3.3. 5 扩展不确定度U (ρ20) (保留四位小数)

标准密度的扩展不确定度为:U (ρ20) ≈0.0005g/cm3, k=2

3.3.4 油品计重密度的相对标准不确定度ur (ρ)

由数学模型 (3) 可知:u (ρ) =u (ρ20) , 因此本次校准中油品计重密度的最大相对标准不确定度为:

 

3.3.5 体积修正系数的相对标准不确定度ur (VCF)

本次校准过程中, 油品的标准密度ρ20为0.7402~0.7406g/cm3, 计量温度ts测得值为35.6~35.7℃。依据GB/T 1885—1998, 根据油品的标准密度和计量温度, 以较接近的标准密度值和较接近的温度值查表 (60B) 得到体积修正系数VCF。

3.3.5. 1 试验温度测量引入的标准不确定度ut' (VCF)

数字防爆温度计的扩展不确定度0.2℃。查表 (60B) 得到由此引入的体积修正系数的最大变化为:0.0003, 服从均匀分布:

 

3.3.5. 2 标准密度测量引入的标准不确定度uρ20 (VCF)

根据上文计算所得, 标准密度的扩展不确定度0.0005g/cm3。查表 (60B) 得到由此引入的体积修正系数的最大变化为:0.0000, 影响忽略不计。

 

3.3.5. 3 合成标准不确定度u (VCF) (保留四位小数)

 

3.3.5. 4 体积修正系数的相对标准不确定度ur (VCF)

本次校准过程中, 体积修正系数VCF为0.9806~0.9809。因此本次校准中的体积修正系数的最大相对标准不确定度为:

 

3.4 油品在空气中的标准计重质量引入的相对标准不确定度ur (Qs)

由数学模型 (2) 、 (3) 、 (4) , 可得:Qs=V20·ρ=Vt·VCF·ρ

相对标准不确定度ur (Qs) 为:

 

4 标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总如表2所示。

表2 标准不确定度汇总     下载原表

表2 标准不确定度汇总

5 合成标准不确定度

各项相对标准不确定度分量彼此相互独立, 依据不确定度传播率, 求得合成标准不确定度为:

 

6 扩展不确定度

取k=2, 则流量计累积流量相对误差的扩展不确定度为:

 

7 测量结果不确定度报告

被检流量计工况下固定发油流量点的累积流量相对误差为0.01%, 其扩展不确定度为:U=0.09%, k=2。

8 结束语

根据测量结果不确定度评定过程可知, 该静态容积法油流量标准装置的扩展不确定度小于被检流量计最大允许误差的二分之一, 符合国家计量检定系统表JJG 2063—2007《液体流量计量器具》的相关要求, 可以用于油库准确度等级0.2级及以下质量流量计的现场校准。