静态质量法液体流量标准装置的不确定度评定

2014-03-22李高峰王宏伟邹德超

计量技术 2014年6期

李高峰　王宏伟　邹德超

(国家石油天然气大流量计量站东营分站，东营 257000)

0　引言

流量计量在贸易结算、能源计量、过程控制、环境保护、医药卫生等方面的检测中起着重要作用，流量标准装置的研究和应用是流量计量测试技术的主要环节。静态质量流量标准装置在我国流量量值传递中起着至关重要的作用，其不确定度评定对于保证流量计的科学、准确，标准装置的检定能力、准确度等方面具有重要意义。本文以某新建静态质量液体流量标准装置为基础开展现场试验，通过科学、合理地分析评定了该装置的扩展不确定度。

1　标准装置的工作原理及特点

静态质量法流量标准装置主要组成部分包括水池、电子秤、换向器、管线、计算机控制系统。首先安装被检流量计，启动离心泵通入清洁水，由水池经过稳压装置、被检流量计进入称重容器，最后流回水池。试验开始时，把换向器置于旁通管方向，这时确定称量容器的起始质量为M0，改变调节阀的开度及水泵的频率以得到所需的流量，待流量稳定后，启动换向器使流体由旁通管换入称量容器，在换向器启动过程中，同时启动计时器和被检流量计的脉冲计数器。当到达预定的水量或脉冲数或时间时，换向器自动换向至旁通侧，同时记录下称量容器中所收集到的流体质量M、计时器显示的测量时间t和流量计脉冲计数器显示的脉冲数Nm，完成一次检定。系统原理图如图1所示。

图1　静态质量法流量标准装置流程图

称量容器中实际的质量Ms可根据式(1)计算：

Ms=(M-M0)(1+ε)

(1)

式中：ρa为空气密度(kg/m3)；ρμ为水密度(kg/m3)；ρF为砝码材料的密度(kg/m3)；ε为空气浮力修正系数。

由质量换算到体积量时：

(2)

式中：VS为流过被检流量计的累积体积流量(m3)。

于是，被检流量计的仪表系数Km(1/m3)可根据式(3)算出：

(3)

2　装置的不确定度评定

按照国家相关检定规程及考核规范的要求，所有的流量计检定装置在正式使用前，都要经过计量管理部门的检定，特别是对装置不确定度的评定。对于静态质量法流量标准装置，影响其不确定度的主要因素有换向器、衡器、计时器的不确定度，分别对换向器、衡器及计时器进行了实验。

2.1　换向器实验数据

按照JJG 164—2000《液体流量标准装置》检定规程规定换向器的检定方法，换向器应按台位，在最大流量、最小流量下进行检定，取各流量点中不确定度的最大值作为该台位换向器的不确定度。

根据实际情况，本标准装置换向器采用行程差法进行实验，将液体流量调至换向器实验流量，稳定10min，操作换向器，使换向器换向n(n≥10)次，经计算得出各台位的不确定度，如表1所示。

表1　称重台位的不确定度

2.2　衡器实验

按照JJG 164—2000《液体流量标准装置》检定规程规定电子称的检定方法为：在使用量限范围内至少取10个均匀分布点(j=1,2，…，m，m≥10)，用标准砝码依次从j=1逐步加载到j=m，完成一次检定；再从j=m依次卸载到j=1，完成第二次检定。分别记录各点的加载质量、卸载质量和电子秤读数。重复进行n(n≥10)次的检定，通过计算得出各衡器的不确定度，取其中最大值得到衡器的最终不确定度，数据如表2所示。

表2　衡器的不确定度

2.3　计时器实验

由于装置中计时器选择的是11.0592M晶体，且晶振稳定度在10-7的数量级上，依据GB/T 17612—1998中的规定：只要时间显示的分辨力足够高并且周期性地与国家时间标准(例如某些无线电台所发射的频率信号)进行校对，则由计时装置引起的误差可以忽略不计。因此，在计算装置不确定度时，计时器不确定度一项可以忽略。