膜式燃气表示值误差不确定度评定

陈荣

（鹰潭市市场监督管理局，江西鹰潭 335000）

膜式燃气表广泛应用于日常的生活生产中，是燃气输出稳定和安全的必需设备。随着现代物联网的快速发展，为适应智慧城市建设，对智能燃气表的要求也越来越高。燃气表精度的提高可以帮助企业降低生产成本，减少用户开支。目前市场上膜式燃气表规格各异，产品质量参差不齐，如因天然气燃气表质量问题导致的爆炸事件也时有发生。因此，按照国家计量技术规范标准，对膜式燃气表示值误差不确定度分析和评定至关重要。通过对示值误差不确定度的评定，验证其是否符合国家计量检定规程规定，有利于解决燃气计量失准的问题，实现贸易结算的公平，并有助于提高燃气表质量。

本文以江西省鹰潭市综合检验检测中心燃气表检定装置取得的数据为基础，依据JJG 577-2012《膜式燃气表》推荐的标准方法[1]，对膜式燃气表在临界流音速喷嘴气体流量装置进行检定[2]。通过对测量所得数据的分析，对测量结果进行不确定度评定，以验证被检智能燃气表是否符合应用要求。此外，检定结果将对燃气表的分级评定（如更高精度的）及检测标准方法改进有一定的指导意义。

1 测试条件及方法

1.1 测试条件

测试在JJG 577-2012《膜式燃气表》规定的环境条件下进行[3]：大气压力为（86～106）kPa；环境温度为（20±2）℃；相对湿度为45%～75%。

1.2 被检表及标准器信息

被检表为某厂的物联网智能燃气表，型号：ZYCG-CN-G1.6；准确度等级为1.5 级；流量范围为（0.016～2.5）m3/h；回转体积为1.2 dm3；编号：电信616210039013。所使用的检定标准为音速喷嘴气体流量装置，型号：GNP-12；准确度等级为0.5 级，流量范围（0.016～6）m3/h；不确定度Urel=0.50%，k=2。

1.3 测量方法

在规程规定的检定压力、温度和湿度下，选取3 个检定流量点，通过测量所使用的标准流量计的滞止温度和压力，计算从喷嘴处流过的气体实际体积值，并将其和被检膜式燃气表所指示的示值相比较，计算出膜式燃气表的示值误差E 及其不确定度。

2 数学模型

输出量示值误差E 值通过JJG 577-2012 要求的检定规程公式计算：

式（1）中：

E -单次测量的示值误差，单位%；

Vm-燃气表示值，单位dm3；

Vref-检出的通过燃气表的实际值，单位dm3。

3 示值误差E 不确定度预估和来源

3.1 测量重复性引入的不确定度分量u1 (E)

将被检表置于检定环境的温度下稳定4 h 以上进行检定，此时标准装置与被检表的温度差不超过1℃，包括室温、标准装置液温和检定介质温度等。空气为检定介质，要求检定压力稳定且低于被检表最大工作压力[4]。

通过多次独立重复测量，采用A 类评定方法求出燃气表测量重复性所引入的相对标准不确定度分量。在各流量点测量3次，选用极差法，极差系数C=1.69，以均匀分布计算，取包含因子k=[5]。

测试流量点为0.016 m3/h 示值误差为0.82%、-0.20%、0.54%，极差R为1.02%。

测量流量点为0.5 m3/h示值误差为0.43%、0.57%、0.27%，极差R为0.30%。

测量流量点为2.5 m3/h示值误差为0.18%、0.30%、0.01%，极差R为0.29%。

3.2 燃气表分度值引入的不确定度分量u2 (E)

在小流量点，如果燃气表分度值偏大，会对评定结果产生较大影响。因此，需要考虑分度值引入的相对标准不确定度分量。被检燃气表分度值为0.2 L，检定装置音速喷嘴式燃气表用光电自动采样器取样。其引入的误差为均匀分布，按B 类方法评定，取包含因子k=，δ 为燃气表分度值，L为各流量点测试体积。

流量点为0.016 m3/h 误差，测试体积10 L，其相对标准不确定度。

流量点为0.5 m3/h 误差，测试体积60 L，其相对标准不确定度。

流量点为2.5 m3/h 误差，测试体积100 L，其相对标准不确定度。

3.3 喷嘴流出系数和标准装置引入的不确定度分量u3 (E)和u4 (E)

由临界流文丘里喷嘴的检定证书得知，喷嘴流出系数的相对扩展不确定度为Urel=0.20%，k=2，由此计算出u3(E)：

随机附带的检定装置（音速喷嘴式燃气表）的校准证书内，显示其扩展不确定度为Urel=0.50%，k=2，按B 类方法评定：

3.4 绝对压力引入的不确定度分量u5 (E)和u6 (E)

检定装置中标准器处绝对压力变送器的准确度等级为0.2级，气体进口端绝对压力变送器的准确度等级为0.5 级（以上均为随机附带的检定证书内指标参数），采用B 类评定方法，按均匀分布考虑，取包含因子k=。

由此分别计算出：

3.5 温度引入的不确定度分量u7 (E)

在检定过程中，室内温度严格控制在（20±2）℃内，标准装置中标准器处温度和气体进口端温度基本一致。按均匀分布考虑，取包含因子k=，通过计算得出的u7(E)值很微小，对结果的影响非常小，可以忽略[6]。

4 不确定度评定

4.1 相对标准不确定度分量汇总

通过对以上不确定度来源分析和评定，对燃气表示值误差不确定度分量汇总，如表1 所示。由表1 可知，小流量点如0.016 m3/h 时，由测量重复性和燃气表分度值引入的不确定度较高，分别为0.346%和0.577%。而流量点越高，产生的不确定度越小。此外，燃气表分度值引入的不确定度在三个不同检定流量点有显著的差异。

表1 燃气表示值误差不确定度分量汇总

4.2 示值误差E 合成标准不确定度

以上评定和计算出的各输入量互相独立，互不相关。因此，示值误差E 的合成标准不确定度u(E)可采用方和根方法合成：

将表1 数据代入式（2），计算出各流量点合成标准不确定度，流量点为0.016 m3/h：u(E)=0.79%；流量点为0.5 m3/h：u(E)=0.44%；流量点为2.5 m3/h：u(E)=0.43%。

4.3 示值误差E 扩展不确定度U

扩展不确定度U(E)=ku(E)，取包含因子k=2，得到：

流量点为0.016 m3/h：U(E0.016)=2×0.79%=1.6%；

流量点为0.5 m3/h：U(E0.5)=2×0.44%=0.88%；

流量点为2.5 m3/h：U(E2.5)=2×0.43%=0.86%。

5 结论

按照国家计量技术规范标准，测定出待检膜式燃气表0.016 m3/h、0.5 m3/h、2.5 m3/h 三个流量点示值误差不确定度分别为1.6%、0.88%和0.86%，符合使用标准。本次检定结果中，燃气表分度值对小流量点的不确定度的影响较大。因此，对于精密度要求更高的燃气表如微流量表等，燃气表分度值的设置及某些检测参数的设定需要重点考虑。以上结果可以促使生产企业对其生产的燃气表做出正确评价，采取有效措施减小误差，提高燃气表质量。