机械式温度补偿膜式燃气表示值误差评定与分析

陈金虎

（晋中市综合检验检测中心，山西 晋中 030600）

机械式温度补偿燃气表（以下简称温补燃气表）属于容积式气体流量计。当温补燃气表在天气炎热或寒冷的户外工作时，可以有效补偿因环境温度变化而产生的燃气损耗和修正误差，保证其计量性能符合规程要求。

根据JJF1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》和JJG（晋）23-2023《机械式温度补偿膜式燃气表检定规程》，文章采用晋中市综合检验检测中心膜式燃气表检定装置在检定结果中测得的数据，对机械式温度补偿膜式燃气表示值误差不确定度评定进行分析。

1 不确定度评定的主要条件

1.1 检测在规程允许的环境条件下进行

检定温度为（20±5）℃；大气压力为86～106 kPa；相对湿度为30%～75%。在此次检测中实际测量温度为21 ℃，相对湿度为55%RH，大气压力为91 kPa。

1.2 测量标准装置信息

使用的标准装置为全自动燃气表检定装置，型号为MDKWS12，装置的不确定度：Urel=0.5%，k=2，测量范围：0.016～6 m3/h。

1.3 被测对象信息

温补燃气表测量范围为0.025～4 m3/h，最大允许误差MPE：±1.5%。

1.4 测量过程

利用温控装置将检定环境温度调至21 ℃，将温补燃气表在上述环境条件下温度平衡12 h后，按程序输入被测燃气表信息，随后发送参数启动气泵，升压至温补燃气表最大工作压力的1.5倍，不间断持续3 min，观察是否有泄漏；密封性检定结束后，启动真空泵，当喷嘴前后达到一定的背压比后，开始检定压损和示值误差，电脑记录被检表实时的输出值和相应的燃气表体积值，并记录气温、压力、大气压力、相对温度、燃气表进口端压力等。按照规程适当选取3个检定流量点，将流经音速喷嘴处的气体流量通过温度压力换算转化成气体实际体积值，与在同一管路上的被检燃气表所流转指示的体积值相比较，从而确定被检燃气表的基本误差，计算其相应不确定度。

2 不确定度评定时温补燃气表的检定方法

在温补燃气表的检定条件达到设定温度时，在最大流量状态下预运转时间不少于1 min，开始检定的时机应是流经的燃气体积至少达到温补燃气表回转体积的50倍时进行检测，多次测得的示值误差中最大值与最小值相应的差值应小于2%；如果在各个流量点测得的示值误差符号一致，那么相应示值误差的绝对值应小于1%。

在进行温补燃气表的示值误差检定时，应该对最少通气量有要求，符合计量性能的规定，参考温补燃气表最小分度值，一般应不少于最小分度值的200倍，而且在流量检定点不应少于1 min内流经的燃气体积量。为了减少相对固定周期性变化带来的影响，要让温补燃气表的最小位字轮至少转动一圈，另外在检定小流量点的过程中，由于检定时间较长，可以适当减少通气量，但要确保燃气示值的准确。

在温补燃气表检定中选取的流量点可分为大流量、中流量和小流量。大流量检定点选取Qmax，中流量检定点选取0.2Qmax，小流量检定点选取范围在Qmin～3Qmin，为保证量值准确可靠，选择在每个流量点重复检定两次。也可根据实际情况或者因某次检定数据偏差大，适当增加检定次数。

3 不确定度评定测量模型

测量模型：

式中：E-单次测量的示值误差，%；

Vm-被检燃气表的示值，L；

Vref-通过燃气表的气体实际值标准器的体积值，L。

4 输入量的标准不确定度的评定

4.1 由示值误差测量重复性引入的相对标准不确定度分量uA的评定

该相对标准不确定度主要是由于被检温补燃气表的示值误差测量重复性引起的，采用A类评定方法进行评定，通过测量3块燃气表的示值误差、合并样本标准偏差来计算示值误差测量重复性引入的相对标准不确定度。

对3块G2.5膜式燃气表，选取Qmax流量点，连续重复测量6次，分别得到测量列，见表1。

表1 对3块G2.5膜式燃气表的测量值 单位：%

计算列表，见表2。

表2 对表1测量值的计算列表

由表2得知相对标准不确定度：

选取0.2Qmax流量点，连续重复测量6次，分别得到测量列，见表3。

表3 选取0.2Qmax流量点，重复测量6次的测量值 单位：%

计算列表，见表4。

表4 对表3测量值的计算列表

由表4得知相对标准不确定度：

选取Qmin流量点，连续重复测量6次，分别得到测量列，见表5。

表5 选取Qmin流量点，连续测量的测量值 单位：%

计算列表，见表6。

表6 对表5测量值的计算列表

由表6得知相对标准不确定度：

4.2 由音速喷嘴的流出系数和湿式流量计引入的相对标准不确定度分量ur(Cd)的评定

由检定证书可知，流出系数的相对扩展不确定度U=0.1 6%，k=2，则由音速喷嘴的流出系数引入的相对扩展不确定度分量为：

由检定证书可知，湿式流量计的相对扩展不确定度U=0.2 0%，k=2，湿式流量计在Qmin流量点处使用，则由湿式流量计引入的相对标准不确定度分量为：

4.3 由音速喷嘴和湿式流量计前滞止压力引入的相对标准不确定度分量ur(P0)的评定

由仪器的使用说明书得知绝压变送器准确度等级为0.2级，可以按均匀分布来考虑，则由音速喷嘴和湿式流量计前滞止压力引入的相对标准不确定度分量为：

4.4 由音速喷嘴和湿式流量计前滞止温度引入的相对标准不确定度分量ur(T0)的评定

由上级权威检定机构出具的温度变送器校准结果的扩展不确定度为U=0.℃1 ℃1，k=2，则由音速喷嘴和湿式流量计前滞止温度引入的相对标准不确定度分量为：

4.5 由温补燃气表处温度引入的相对标准不确定度分量ur(T )的评定

由上级权威检定机构出具的工况指示仪校准结果的扩展不确定度为U=0.℃1 ℃1，k=2，则由温补燃气表处温度引入的相对标准不确定度分量：

4.6 由温补燃气表处压力引入的相对标准不确定度分量ur(P)的评定

由仪器的使用说明书得知绝压变送器准确度等级为0.2级，可以按均匀分布来考虑，则由温补燃气表处压力引入的相对标准不确定度分量为：

5 不确定度来源分析

标准不确定度汇总表，见表7。

表7 不确定度来源分析表

6 合成标准不确定度的计算

在流量点Qmax：

在流量点0.2Qmax：

在流量点Qmin：

7 相对扩展不确定度的计算

取，k=2，在Qmax、0.2Qmax、Qmin流量点测量的示值误差的相对扩展不确定度分别为：

8 相对扩展不确定度的报告与表示

温补燃气表示值误差测量结果的相对扩展不确定度为：

9 结论

通过机械式温度补偿膜式燃气表示值误差测量结果的不确定度评定的探讨研究，规范了评定过程和评定程序，有效避免了在检定过程中出现的各种不确定性，找出在检定过程中影响较大的因素，并在以后的实际工作中加以注意和改进，利于计量检测人员更加科学、公正、严谨、高效地开展检定和校准工作。