标准表法气体流量标准装置检测加气机不确定度分析

韩文普 刘振华

摘要：本文利用气体流量标准装置检测压缩天然气加气机检测

结果，在处理过程中需要考虑标准系统和被测系统的不确定度进行评定，进而为加气机不确定度分析提供参考依据。

关键词：标准表法加气机不确定度

近年来随着能源需求日益强烈，加气机产品需求在增大。本文将针对标准表法气体流量标准装置检测压缩天然气加气机检测结果，进行处理时需要考虑将标准系统和被测系统的不确定度进行评定。

1 测量条件

1.1 标准装置及配套设备：压缩天然气加气机检定装置；高压气瓶等。

1.2 检测介质：检定介质为压缩天然气。

1.3 检测环境：环境温度21.2℃~22.2℃，相对湿度

45%，大气压101kPa。

2 测量方法

采用的检定方法为标准表法。

3 数学模型

加气机示值误差的测量模型为：

e=(VJ-VB)+δJ+μJ+δB

4 方差和灵敏系数

根据测量模型可得各灵敏系数为：

c1=əe/əVJ=1c2=1c3=1c4=-1c5=1

根据不确定度传播率，其合成标准不确定度由下式表示：u2c=u2(e)=u2(VJ)+u2(δJ)+u2(μJ)+u2(VB)+u2(δB)

5 标准不确定度分量评定

5.1 加气机测量重复性引入的标准不确定度（A类）。用标准装置对加气机进行检测，测量10次，其结果：

[标准装置示值VB/kg

7.925

7.885

8.056

7.910

7.806

8.040

7.720

7.829

7.802

7.713

7.869][序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值][加气机示值VJ/kg

7.96

7.90

8.09

7.94

7.81

8.09

7.75

7.85

7.85

7.74

7.898][示值相对误差E/%

0.44

0.19

0.42

0.37

0.05

0.62

0.39

0.27

0.62

0.35

0.369]

示值相对误差分别为：0.44%、0.19%、0.42%、0.37%、0.05%、0.62%、0.39%、0.27%、0.62%、0.35%，根据贝塞尔公式得到示值相对误差的实验（单次测量）标准偏差为：s==0.175%

则示值相对误差平均值引入的标准不确定度为：

u==0.1%

则加气机测量重复性引入的标准不确定度（见上表）

u(VJ)=J×u=7.898kg×0.1%=7.898×10-3kg

5.2 加气机的读数分辨力引入的标准不确定度（B类）。被检加气机的最小分度值0.001kg ，数字显示。由读数分辨力引入的标准不确定度为：

u(δJ)=0.29δx=0.29×0.01kg=2.9×10-3kg

5.3 加气枪枪嘴至枪开关余气所带来的不确定度u(μJ)。因加气管按要求内径一般不大于6mm，最长为0.5m，则加气管最大容积为：

V=1/4×3.14×（0.006）2×0.5=1.4×10-5m3

假设所加气体最终压力为20MPa（大气压力为0.1 MPa，气体密度0.7kg/m3），则管中余气为：u(μJ)=20×0.1×1.4×10-5m3×0.7kg/m3=1.96×10-3kg

5.4 标准表的计量准确度引入的标准不确定度（B类）。本计量标准装置所用标准表为0.2级，其最大允许误差为±0.2%，则由此引入的标准不确定度为：

u(VB)=B×=7.869×0.00115kg=0.9×10-2kg

5.5 标准表的读数分辨力引入的标准不确定度（B类）。标准表的最小分度值为0.001kg，显示形式是数字方式显示，则有读数分辨力引入的标准不确定度为：

u(δB)=0.29δx=0.29×0.001kg=2.9×10-4kg

5.6 密度换算带来的不确定度。由于加气机与标准装置输入的同是以质量为显示值，故该误差忽略不计。

6 标准不确定度一览表

[标准不确

定度分量u(xi)

u(VJ)

u(δJ)

u(μJ)

u(VB)

u(δB)][不确定度

来源

测量重复性

加气机读数分辨力

枪嘴至枪开关余气

标准表读数

标准表读数分辨力][标准不确

定度值/ kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4][灵敏系

数ci

1

1

1

-1

1][|ci|u(xi)/kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4]

7 合成标准不确定度计算

根据前面的分析可以获得用本标准装置检测加气机所得的合成标准不确定度为：

uc=

=1.24×10-2kg

其相对合成标准不确定度为：

ur==×100%

=0.158%

≈0.16%

8 扩展不确定度

取包含因子k=2，则采用标准表法气体流量标准装置检测压缩天然气加气机示值误差的扩展不确定度为：

Ur=k×ur=2×0.16%=0.32% (k=2)

9 测量不确定度报告

压缩天然气加气机示值误差的测量结果的扩展不确定度为：Ur=0.32% k=2。

10 小结

通过实际的测试数据进行计算，最终给出测量不确定度报告，为标准表法气体流量标准装置检测压缩天然气加气机在以后的不确定度评定中提供了参考方法。

参考文献：

[1]JJG996-2012，压缩天气加气机[S].

[2]JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].

[3]GB/T 19237-2003，国家质量监督检验检疫总局.汽车用压缩天然气加气机[S].2003-12-01.