超声波水表检定结果及不确定度评定

康宝龙 梁志强 白天禄

关键词：标准表法，大口径，超声水表，示值误差，测量不确定度

1 概 述

1.1 测量依据

JJG 162-2019《饮用冷水水表》。

1.2 测量环境

温度（15±5）℃，相对湿度35%。

1.3 标准装置

标准表法水流量标准装置（0.2级，k =2）。

1.4 被检对象

SCL-61D2型超声水表。

1.5 测量过程

依据JJG 162-2019《饮用冷水水表》，采用直接测量法[1]。将SCL-61D2型超声水表安装于测量管段，在其额定流量范围内通水3分钟，排出表内及管段内空气。进入累积量检定状态，调节装置流量到检定流量值，待流量稳定后，设定检定时间为1 min，分别记录被检表示数V与标准表读数VS，如式（1）即得该检定点的示值误差。本次检定依据规程[2]选择最小流量点、分界流量点和常用流量点，分别为16 m3 /h，2.56 m3 /h和400 m3 /h。

2 测量模型

单个检定点的示值误差为：

3 不确定度评定

由测量模型和测量方法可知，被检超声水表在示值误差评定过程中的不确定度主要来源于[4]：（1）多次重复测量引入的标准不确定度分量u 1（V ），采用A类方法评定。（2）被检表显示装置（表头）分辨力引入的标准不确定度分量u 2（V），采用B类方法评定。（3）标准装置引入的标准不确定度分量u （V S ） ，采用B类方法评定[5]。

3.1 A类标准不确定度评定

输入量由被检表的示值确定，故其标准不确定度分量u 1（V ）来自于测量过程中的重复性。对每一流量点进行3次重复测量，得到测量列，测量数据见表1，此超声水表的示值误差满足规程要求，检定合格。每一检定点在重复检定过程中，其测量重复性为s （E ），利用极差法公式（4）求得[6]，单个检定点由重复性测量引入的不确定度分量u 1（V ）由公式（5）求得[7]：

式中：E m a x为单个检定点示值误差的最大值，%；Emin为单个检定点示值误差的最小值，%；为单个检定点的算术平均值，m3。

在最小流量点：测量重复性为1.98%，不确定度分量为0.302×10-3 m 3；在分界流量点：测量重复性为1.83%，不确定度分量为0.451×10-3 m 3；在常用流量点：测量重复性为0.25%，不确定度分量为9.784×10-3 m3 。

3.2 B类标准不确定度评定

（1）由被检表分辨力引入的标准不确定度分量文中SCL-61D2型超声水表由数字式表头提供示值，其分辨力为0.001 m3，估计由此分辨力引入的不确定度分量u 2（V）满足均匀分布，则在任意检定点处有：

（2）装置中标准表引入的标准不确定度分量u （VS ）标准表法液体流量标准装置中主标准器为准确度等级为0.2级的标准表，取包含因子k =2（均匀分布）。则在任意流量点处，有：

分别将标准表示数的算术平均值带入公式（7），在最小流量点处，标准表引入的不确定度分量为0.027×10-3 m3；在分界流量点处，标准表引入的不确定度分量为0.043×10-3 m3；在常用流量点，标准表引入的不确定度分量为6.713×10-3 m3。

3.3 合成标准不确定度

在对S C L - 6 1 D 2 型超声水表的最小流量点（1. 6 m 3 / h）进行检定时，其测量误差的标准不确定度分量汇总见表2 。合成标准不确定度。在对SCL-61D2型超声水表的分界流量点（2.56 m3/h）进行检定时，其测量误差的标准不确定度分量汇总见表3。合成标准不确定度。对其常用流量点（400 m3/h）进行检定时，其测量误差的标准不确定度分量汇总见表4。合成标准不确定度。

3.4 超声水表示值误差检定过程的不确定度评定

结果取扩展因子k =2，使用标准表法液体流量标准装置检定超声水表，在最小流量点处，测量结果的扩展不确定度为U = 4.90%（k =2），在分界流量点处，测量结果的扩展不确定度为U =3.40%（k =2），在常用流量点处，U =0.36%（k =2）。

4 结语

本文采用标准表法液体流量标准装置对超声水表示值误差进行了检定并给出检定结果，检定数据表明三個被检点均符合检定规程JJG 162-2019《饮用冷水水表》中对示值误差的要求。此外，文章结合现场实测数据和测试环境，依据测量模型对测量过程中的不确定度分别进行了定性和定量地分析，分析结果表明，受管段内介质压力、流速和介质流动状态等因素的综合作用，在最小流量点处，测量过程中的不确定度最大，在最大流量点处，测量过程中的不确定度最小，测试结果与理论分析相符，此分析过程在一定程度上为有效评价检定结果提供了依据。