宽量程膜式燃气表检定过程不确定度评定

2023-10-14权亚强吴岳飞侯雪丹

煤气与热力 2023年9期

权亚强, 吴岳飞, 侯雪丹

(成都秦川物联网科技股份有限公司,四川成都610100)

1 概述

由JJF 1001—2011《通用计量术语及定义》第9.17条可知,计量器具检定是查明和确认测量仪器符合法定要求的活动,它包括检查、加标记和(或)出具检定证书。贸易结算用的家用燃气表是被国家质检总局列入强制检定目录的工作计量器具,并且限期使用,到期更换。家用燃气表须经检定机构检定合格后方可投入使用。燃气表计量的准确性直接关系到企业经济效益和用户利益,若计量失准将会引起计量纠纷,因此燃气表的检定是一项非常重要的工作。燃气表计量结果准确性可通过对检定过程的测量不确定度进行分析得到。宽量程膜式燃气表(简称膜式燃气表)是指通过降低最小流量和(或)降低分界流量而实现更宽量程的膜式燃气表,其检定过程可参照JJG 577—2012《膜式燃气表》。由于检定过程所使用的标准装置具有一定的不确定度,如果直接采用JJG 577—2012规定的界限判定,就会使一些处于不确定区域的产品流出,造成质量风险。本文提出在膜式燃气表的检定中应考虑影响测量结果的不确定因素,只有这样才能使检定结论更为科学合理。

2 测量模型及不确定度传播律

2.1 测量模型

目前常采用负压法临界流文丘里喷嘴式燃气表标准装置对被检表进行检定。其原理是,在真空泵的抽吸作用下,检测介质(实验室环境空气)依次流经串联的被检燃气表和临界流文丘里喷嘴标准器(简称标准器),可得被检燃气表示值和标准器示值,对两者进行计算即可得出示值相对误差。示值相对误差的计算式为:

(1)

式中e——示值相对误差

Vind——燃气表示值,L

Vref——标准器示值,L

2.2 不确定度传播律

根据不确定度传播律,有以下关系[1]18:

(2)

式中u(e)——示值相对误差的标准不确定度

c1——燃气表示值的灵敏系数

u(Vind)——燃气表示值的标准不确定度

c2——标准器示值的灵敏系数

u(Vref)——标准器示值的标准不确定度

灵敏系数计算式为:

(3)

(4)

(5)

式中ur(Vind)——燃气表示值的相对标准不确定度

ur(Vref)——标准器示值的相对标准不确定度

3 示值相对误差测量不确定度评定

标准不确定度按其评定方法分为A类评定和B类评定。根据实际情况,可只有A类评定不确定度分量,也可只有B类评定不确定度分量,也可两者兼有。

依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中图1,评定测量不确定度的一般流程为:分析不确定度来源和建立测量模型→评定标准不确定度→计算合成标准不确定度→确定扩展不确定度→报告测量结果。

示值相对误差测量不确定度的评定主要内容是计算示值相对误差标准不确定度。

3.1 示值相对误差测量不确定度的A类评定

JJG 577—2012第7.3.4.2款规定,燃气表检定流量点一般为小流量、中流量和大流量,每个流量点至少检定1次。取1台膜式燃气表,选择最大流量qmax(6 m3/h)、分界流量qt(0.25 m3/h)、最小流量qmin(0.016 m3/h)作为测量点,进行连续3次重复测量。燃气表分度值为0.2 L,在6、0.25 m3/h流量点,通气量取燃气表分度值的200倍,即40 L。在0.016 m3/h流量点,通气量取最小位字轮转1圈体积,即10 L。

3个流量点测量数据及示值相对误差见表1。

表1 膜式燃气表3个流量点测量数据及示值相对误差

实验标准偏差按极差法计算[1]13:

(6)

式中s——实验标准偏差

eR——极差

C——极差系数,为1.69

极差计算式为:

eR=emax-emin

(7)

式中emax——有限次独立重复测量中的示值相对误差最大值

emin——有限次独立重复测量中的示值相对误差最小值

示值相对误差A类标准不确定度为:

uA(e)=s

(8)

式中uA(e)——示值相对误差A类标准不确定度

3个流量点的计算结果见表2。由表2可知,6、0.25、0.016 m3/h流量点的uA(e)分别为0.053%、0.077%、0.630%。

表2 3个流量点计算结果

3.2 示值相对误差测量不确定度的B类评定

示值相对误差测量不确定度的B类评定分为Vind测量不确定度的B类评定和Vref测量不确定度的B类评定。

B类相对标准不确定度uB计算式为[1]15:

(9)

式中uB——B类相对标准不确定度

a——被测量可能值区间的半宽度

k——包含因子

区间半宽度a一般根据以下信息确定:以前测量的数据;对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验;生产厂提供的技术说明书;校准证书、检定证书或其他文件提供的数据;手册或某些资料给出的参考数据;检定规程、校准规范或测试标准中给出的数据;其他有用的信息等。

①Vind引入的B类相对标准不确定度

②Vref引入的相对标准不确定度

Vref引入的相对标准不确定度分为标准装置引入的相对标准不确定度ur,eqp和标准装置泄漏引入的相对标准不确定度ur,leak。

a.标准装置引入的相对标准不确定度

标准装置经中国测试技术研究院检定合格,证书给出其相对扩展不确定度为0.5%。取a=0.5%,k=2,由式(9)可得ur,eqp为0.25%。

b.标准装置泄漏引入的相对标准不确定度

在检定中,由于存在管路泄漏使得实际流经标准装置的气体流量增加。为使检定结果可靠,对于由泄漏引入的不确定度应设置上限。假设标准装置引入的不确定度分为计量标准器(声速喷嘴和计量软件系统)、压力、温度、泄漏和其他共5个方面等概率的不确定度分量。检定时,采用的标准装置的不确定度应不超过示值相对误差限值IMPEV的1/3,此时标准装置泄漏引入的不确定度应不超过IMPEV的1/15。

c.ur(Vref)的计算

Vref引入的相对标准不确定度(即标准器示值的相对标准不确定度)计算式为:

(10)

式中ur,eqp——标准装置引入的相对标准不确定度

ur,leak——标准装置泄漏引入的相对标准不确定度

由式(10)可得6、0.25、0.016 m3/h流量点的ur(Vref)分别为0.25%、0.25%、0.27%。

③ 示值相对误差B类标准不确定度

由式(5)可得6、0.25、0.016 m3/h流量点的示值相对误差B类标准不确定度uB(e)分别为0.25%、0.26%、0.27%。

3.3 示值相对误差合成标准不确定度的评定

示值相对误差合成标准不确定度计算式为:

(11)

式中uc(e)——示值相对误差合成标准不确定度

将6、0.25、0.016 m3/h流量点的相关数据代入式(11),可得各流量点的示值相对误差合成标准不确定度uc(e)分别为0.26%、0.27%、0.69%。

3.4 示值相对误差扩展不确定度

示值相对误差扩展不确定度计算式[1]23为:

U=kuc(e)

(12)

式中U——示值相对误差扩展不确定度

在置信概率为95%的情况下,取包含因子k=2。6、0.25、0.016 m3/h流量点的示值相对误差扩展不确定度U分别为0.52%、0.54%、1.40%。

4 测量结果的合格评价

流量记为q。JJG 577—2012规定在流量高区(qt≤q≤qmax),示值相对误差限值IMPEV为1.5%;在流量低区(qmin≤q

4.1 通用仪器判别方法

如果采用通用的测量仪器评价标准进行评价,按照JJF 1094—2002《测量仪器特性评定》第5.3.1.4款和第5.3.1.6款对上述不确定度进行符合性评定。例如,在分界流量点0.25 m3/h处评定的U为0.54%,大于流量高区所要求的示值相对误差限值的1/3,此时判定标准为:当e满足式(13)时,判为合格;当e满足式(14)时,判为不合格;当e满足式(15)时,判为待定。

-IMPEV+U≤e≤IMPEV-U

(13)

|e|≥IMPEV+U

(14)

IMPEV-U<|e|

(15)

将数据代入公式(13)可得该流量点3次独立测量的e均满足此要求,可判定被检燃气表在该流量点的e合格。如果要继续判定处于待定的e是否合格,需更高等级的计量标准进行检定,在一般的验收中依据合同而定。