炼化企业石油密度计测量结果修正值不确定度评定

刘颖晖 蔡骐阔

（1.中石油辽阳石化公司；2.中国航空油料有限责任公司东北公司）

为了解辽宁省石油化工行业计量工作近年来的发展现状，进一步促进石油化工计量工作的发展，客观、公正、科学地反映目前该行业开展检定工作的综合技术水平，规范石油化工行业量值传递过程，保证量值传递的准确一致，有必要在石油化工行业内组织石油密度计计量比对工作。

近年来，辽宁省各法定计量检定机构及石油化工企业在仪器设备、环境条件、管理水平及人员结构等方面都有很大的变化。通过本次比对,能有效地检验法定计量检定机构及石油化工企业量值传递的准确性和一致性, 还可以进行技术交流，对检定方法、数据处理及不确定度分析等专业问题进行探讨，发现其中存在的问题，找出原因，制定纠正措施和预防措施，提高石油化工行业计量的综合实力。

1 传递标准及方法

传递标准由主导实验室提供。 比对采用A、B两组工作用石油密度计，每组两只，其中一只传递，一只备用。石油密度计规格为800～850 kg/m3，分度值为0.5 kg/m3， 比对测量点为标称值800、830、850 kg/m3这3 个点。比对开始前及比对过程中，主导实验室都将对比对样品测量重复性和稳定性进行考核。

由于石油密度计为玻璃易碎仪器，比对传递标准需由参比实验室派专人到主导实验室领取并在实验结束后派专人送回主导实验室，不得采取其他传递方式。 运输过程中不能徒手或用尖锐的工具接触传递标准。 传递标准上不得放置重物，不能有强烈的冲击和撞击。 传递标准的交接过程中，各实验室应核查传递标准是否有任何损坏、是否正常。 如果在传送过程中有意外情况发生， 由主导实验室按意外情况处理程序进行处理。

2 比对方式选择

比对由主导实验室对传递标准进行测量和稳定性考核，比对地点为各参比实验室，每个参比实验室所用传递标准由主导实验室根据实际使用情况在A、B 两组中选取一组。比对方式有环式、星形式和花瓣式，这里采用星形式比对方式，该方式适用于多套传递标准同时进行，其比对周期短，即使某一个传递标准损坏，也只影响一个实验室的比对数据。 该方式是比对有效性最好的方式［1］，具体如图1 所示，图中A～G 代表各参比实验室。

图1 星形式比对方式示意图

首先由主导实验室将传递标准在本实验室装置上进行校准，得出校准数据后，将传递标准传送到参比实验室A；由实验室A 按照规定的程序在本实验室的装置上进行校准，得出校准数据后，再将传递标准送回到主导实验室，在主导实验室进行复校，以考察传递标准经过运输后示值是否发生变化，若变化在允许范围内，则比对有效，依次传递给下一个实验室。

3 评定实验方法

依据标准JJG 42—2011 《工作玻璃浮计》和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，笔者整理出一套完整的计算公式，并用此公式对被检密度计在800、830、850 kg/m3这3 个校准点进行了测量结果不确定度修正。

3.1 实验准备

测量环境温度为20 ℃， 比对所用到的工/器具见表1。

表1 比对所用到的工/器具

将二等标准密度计与被检密度计同时浸入石油产品混合液或酒精水溶液中，直接比较它们的示值，再经过计算，从而得到石油密度计的修正值。

3.2 数学模型

根据文献［2］可知，被检密度计修正值Δρ 等于标准密度计修正后示值ρ标（示值加证书修正值，或加温度、毛细常数修正值）减去被检密度计修正后示值ρ被（或加温度、毛细常数修正值）［2］，即：

式中 Δρ——被检密度计的修正值，kg/m3；

ρ标——标准密度计的修正后示值，kg/m3；

ρ被——被检密度计的修正后示值，kg/m3。

当简单直接测量时，应该分析和评定测量时导致测量不确定度的各个分量ui，若相互间不相关，则合成不确定度按下式计算［3］：

式中 uc——合成不确定度，kg/m3；

ui——不确定度分量，kg/m3。

3.3 标准不确定度分量的评定。

3.3.1 输入量ρ标的不确定度u（ρ标）的评定

输入量ρ标的不确定度来源主要有5 部分：标准浮计不准所引入的不确定度分量u1，浮计倾斜引入的不确定度u2，液体毛细常数变化引入的不确定度u3， 检定液温度引入的不确定度u4，示值估读误差引入的不确定度u5。 具体如下：

a. 标准密度计不准所引入的不确定度分量u1的评定。

二等密度计使用时需加修正值，其修正值的不确定度很小，可忽略不计。

b.密度计倾斜引入的不确定度u2的评定。

根据规程规定， 密度计倾斜偏差不得大于0.1 个分度值，最小分度值为0.5 kg/m3，服从投影分布，置信因子k=10/3，u2的计算式如下：

c. 液体毛细常数变化引入的不确定度u3的评定。

d.检定液温度引入的不确定度u4的评定。

e.示值估读误差引入的不确定度u5的评定。

示值估读误差引入的不确定度u5在密度计的0.2 个分度值以下，其修正值的不确定度很小，可忽略不计。

根据式（2），输入量ρ标的合成标准不确定度计算如下：

3.3.2 重复性引入的不确定度u6的评定

在800、830、850 kg/m3这3 个校准点分别测量10 次，得出修正值见表2。

校准点1 2 3 4 5 800 kg/m3 830 kg/m3 850 kg/m3+0.15+0.20+0.05+0.20+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15 6 7 8 9+0.05 0.00 0.00+0.20 +0.15 +0.00+0.20 +0.05 +0.05+0.15+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15+0.05+0.20+0.05 10 0.00+0.15+0.05

3.3.3 输入量ρ被的不确定度u（ρ被）的评定

输入量ρ被的不确定度来源主要有： 检定液温度引入的不确定度u7，密度计倾斜引入的不确定度u8， 液体毛细常数变化引入的不确定度u9。具体如下：

a.检定液温度引入的不确定度u7的评定。

c. 液体毛细常数变化引入的不确定度u9的评定。

3.3.4 修约引入的不确定度u10

修正值结果修约到0.05 kg/m3， 其区间半宽为0.025 kg/m3，服从均匀分布：2×0.056=0.112 kg/m3；830 kg/m3时，U=2×0.065=0.13 kg/m3；850 kg/m3时，U=2×0.065=0.13 kg/m3。

3.4 合成标准不确定度的评定

4 结束语

石油密度计的不确定度评定比对是一个复杂的操作过程，比对时既要严谨操作保证测量值的客观性，还要通过大量的计算才能得出最终修正值。 通过石油密度计的不确定度评定比对工作， 提升了工作人员的理论水平和操作能力，促进了石油密度计的测量结果修正值不确定度评定的规范化与科学化。