0.01级气体活塞式压力计标准装置不确定度评定及重复性、稳定性

刘加滨，邹伟

0.01级气体活塞式压力计标准装置不确定度评定及重复性、稳定性

刘加滨1，邹伟2

（1. 山东省天然气管道有限责任公司，山东 济南 250000； 2. 中国石化天然气分公司计量研究中心，湖北 武汉 430079）

介绍了0.01级气体活塞式压力计标准装置的组成、测量原理及意义，分析测量过程中各影响因素并评定各不确定度分量，计算标准装置的合成不确定度，并验证了标准装置的性能。结果表明，标准装置扩展不确定度=1.9 kPa (=2)，可以在授权范围内开展0.05级及以下数字压力计、压力变送器、精密压力表的检定/校准工作。

压力标准装置；不确定度评定；性能验证

压力仪表的应用非常广泛，几乎遍及所有的工业、科研等领域。为满足大量压力仪表的检定需要，国家、地方行政部门以及部分企业单位相继建立了不同等级的压力计标准装置。中国石化天然气计量站研究建立了一套企业最高标准——0.01级气体活塞式压力计标准装置，测量范围（0.2～16）MPa，准确度等级0.01级。根据JJF 1033-2008《计量标准考核规范》[1]的要求，对标准装置进行了重复性试验和稳定性考核，确认了计量标准装置的工作性能。本文将根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[2]对标准装置不确定度进行评定[3～7]。

1 气体活塞式压力计标准装置

1.1 组成

标准装置主要由气体活塞式压力计、压力控制器、多功能校验仪、绝缘电阻表、耐电压测试仪、直流稳压电源等组成。

1.2 工作原理

标准装置的工作原理是利用力的静平衡原理，即作用于活塞杆下端面的液体压力所形成的力与施加在上端面的专用砝码（包括活塞杆及其连接件）产生的重力相平衡，原理框图如图1。

2 不确定度评定

2.1 被检压力变送器的规格

测量范围：0～10 MPa；

准确度等级：0.05级；

输出电流：（4～20）mA。

图1 压力标准装置工作原理图

2.2 测量的数学模型

当用本标准装置检定压力变送器时,其变送器输出电流信号的数学模型为：

式中：△—压力变送器的输出误差，mA;

—压力变送器输出电流值，mA;

I—压力变送器输出量程，mA;

—压力变送器输入压力值，kPa;

P—压力变送器输入量程，kPa;

0—压力变送器输出起始值，mA。

2.3 灵敏系数

2.3.1 输入压力对压力变送器输出误差的灵敏系数：

2.3.2 输出电流对压力变送器输出误差的灵敏系数：

2.4 评定各输入量估计值的标准不确定度

2.4.1 输入量的测量标准不确定度()

输入量的标准不确定度的主要来源是气体活塞式压力计的输入值，环境温度影响可忽略。气体活塞式压力计的最大误差不超过±0.01% FS，即±1.6 kPa，按均匀分布估计，则：

2.4.2 输入量的测量标准不确定度()

输出量的标准不确定度的主要来源是被测压力变送器输出电流的重复性和多功能校验仪的测量误差。环境温度影响可忽略。

2.4.2.1 压力变送器输出电流的重复性引入的不确定度(I)

在重复性条件下，用标准器对101 kPa、1 250 kPa、2 500 kPa、3 750 kPa、5 000 kPa和6 250 kPa共6个压力点进行10次独立测量，算术平均值作为每次独立测量的结果，用实验标准偏差对重复性引入的不确定度进行评估。取6个压力点的实验标准偏差中的最大值作为变送器输出电流的重复性引入的不确定度，见表1。

如表1所示，实验标准偏差中的最大值为=8.50×10-5mA，则：

2.4.2.2 多功能校验仪的测量误差引入的不确定度(I)

依据多功能校验仪的校准证书，查得电流输入的扩展不确定度为=0.001 0 mA（=2）：

将上述不确定度列表如表2。

表2 不确定度汇总表

2.4.3 合成标准不确定度c(I)

()和()彼此相互独立，因此合成标准不确定度为：

2.4.4 扩展不确定度(Δ)

取置信概率=0.95，则置信因子=2，扩展不确定度为：

(Δ)=c(Δ)=3.1×10-3mA

换算到压力单位：

3 性能验证

3.1 比对试验结果

根据JJF 1033-2008《计量标准考核规范》，采用比对法对本标准装置的压力测量不确定度进行能力验证。选取一台经上级计量检定机构（准确度为0.01级）的压力标准装置检定合格的压力变送器，其测量范围为(0~10 000) kPa，准确度等级为0.05级，依据其检定证书，用本标准装置对相同的压力点进行测量，每点测量3次，取示值误差作为测量结果，见表3。

表3 比对试验数据汇总表

3.2 重复性试验结果

在重复性条件下，用本标准器在3 000.00 kPa压力点对一台0.05级压力变送器进行重复性测量10次，得到变送器输出信号值，利用测量值的实验标准偏差来表示计量标准的测量重复性。具体数据见表4。

表4 重复性试验结果验证

3.3 稳定性考核结果

在重复性条件下，用本标准器在3 000.00 kPa压力点对一台0.05级压力变送器进行重复性测量10次，测量变送器输出信号值，每隔1个月开展1组测量，共测量4组数据，取4组测量结果中最大值和最小值之差作为计量标准在这段时间内的稳定性，见表5。

稳定性考核结果为0.005%，小于计量标准的最大允许误差的绝对值0.010%，稳定性符合要求。

表5 稳定性试验数据汇总表

4 结 论

通过分析，0.01级气体活塞式压力计标准装置扩展不确定度=1.9 kPa (=2)，可以在授权范围内开展0.05级及以下数字压力计、压力变送器、精密压力表的检定/校准工作。同时，为确保标准装置使用中的不确定度，需定期对各不确定度分量进行核查，若超出不确定度评定中使用指标需重新对不确定度进行评定，以保证标准装置的量值传递的准确、可靠。

［1］JJF 1033-2008 计量标准考核规范[S].

［2］JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示[S].

［3］JJG 882-2004 压力变送器检定规程[S].

［4］苏海燕. 0.05级数字压力计标准装置不确定度评定[J]. 计量与测试技术, 2017, 44 (04): 105-106.

［5］徐颖. 精密压力表示值误差的测量值的不确定度评定[J]. 计量与测试技术, 2017, 44 (12): 58-59.

［6］周建童. 0.05级数字压力计标准装置建标重复性、稳定性和不确定度评定[J]. 上海计量测试, 2019, 46 (06): 49-51.

［7］常青, 徐静, 张丽艳. 二等活塞式压力计标准装置测量结果的不确定度评定[J]. 中国计量, 2009 (04): 92-94.

负责人：程昊 联络人：程昊

电话：84379332 传真：84662365 E-mail：chh@dicp.ac.cn

学科领域：环保减排 项目阶段：成熟产品

项目简介及应用领域

针对焦炉烟气特点，开发了整体涂层式低温高效脱硝催化剂用于焦炉烟气脱硝。本催化剂为一种涂层式蜂窝陶瓷状宽温SCR。

化工新材料：未来尼龙6、聚苯硫醚等产品产能继续扩增，国内市场自给率进一步提升，部分产品达到90%以上。随着技术和装备的不断成熟，PBT、高吸水性树脂、低端超高分子量聚乙烯等产品产能快速扩张，市场竞争加剧。

脱硝催化剂，具有低温活性好、处理能力大、抗毒能力强等特点。根据不同的烟气条件，如温度、灰含量、压力、组成等特点，有针对性对孔节距、活性组成、催化剂排布方式等进行优化设计，能够满足多种应用场合，如焦化烟气、玻璃窑炉烟气、陶瓷窑炉烟气以及硝酸尾气等脱硝要求。该催化剂具有以下突出特点：

1.低温脱硝活性高，200～250 ℃之间可达到90%以上脱硝率；

2.温度窗口宽，在 180～450 ℃之间起作用；

3.对催化剂进行工程设计使得催化剂具有良好的低温抗硫中毒能力，230 ℃时可在 SO2为300 mg·m-3的烟气中长时间工作；

4.脱除精度高，可保证出口尾气中NO浓度小于 20 mg·m-3；

5.操作空速大，处理能力强，反应空速在10 000～20 000 h-1，是传统催化剂的 4～5 倍。可大大缩小反应器体积，减少占地面积，特别适用于空间紧张，对占地面积有严格要求的焦炉改造项目。

2015 年中国科学院大连化学物理研究所与江苏爱尔沃特环保设备工程有限公司、江苏沂州煤焦化有限公司三方联合，采用该技术为江苏沂州煤焦化有限公司3#焦炉进行烟气脱硝治理，建设了脱硝工业示范装置。该装置于2015年11月17日开车成功后，一直稳定运行，反应器出口氮氧化物浓度小于100 mg·m-3，满足焦化行业最严格的排放标准。在3#焦炉脱硝装置成功运行的基础上，江苏沂州煤焦化有限公司继续采用我所技术为其剩余3座焦炉进行脱硝改造。我所根据第一套示范装置的运行数据，对催化剂及反应器进行了优化设计，在保证催化剂脱硝性能的前提下，系统阻力降大大降低，为企业节约了运行费用。截至2017年3月份，已有数家工程公司与我所签订催化剂购货合同，我所为十几套焦炉烟气脱硝工程提供低温脱硝催化剂及工艺包，催化剂累计供货量已达300 m3，市场应用前景良好。

投资与收益

我国目前焦炉约有两千余座，焦炉烟气排烟温度较低，约为230～280 ℃，传统火电厂用脱硝催化剂不能满足要求，市场对高效低温脱硝催化剂需求旺盛。

合作方式：技术许可； 投资规模：大于 1 000 万。

Uncertainty Evaluation, Repeatability and Stability of the Standard Device of 0.01-Level Gas Piston Manometer

1,2

（1. Shandong Natural Gas Pipeline Co., Ltd., Jinan Shandong 250000, China;2. Measurement Research Center of Sinopec Natural Gas Company, Wuhan Hubei 430079, China）

The composition, measurement principle and significance of the standard device of 0.01-level gas piston manometer were introduced, the influencing factors in the measurement process were analyzed, and the uncertainty components were evaluated, the synthetic uncertainty of the standard device was calculated, and the performance of the standard device was verified. The results showed that the extended uncertainty (of the standard device was 1.9kPa (=2), so it can be used for the calibration/calibration of digital pressure gauges, pressure transmitters and precision pressure gauges of grade 0.05 and below within the authorized scope.

Pressure standard device; Evaluation of uncertainty; Performance verification

TH812.4

A

1004-0935（2020）07-0823-03

2020-06-10

刘加滨(1986-)，男，工程师，山东省潍坊市人，2008年毕业于中国石油大学（华东）学校油气储运专业，研究方向：天然气管道集输管理。

邹伟（1988-），男，工程师，研究方向：天然气计量管理。