差压式流量计流量测量不确定度评定

冯鑫 周文辉 陈青玉 刘休休

【摘要】差压式流量计具有测量精度高、可靠性好等优点，被广泛应用于石油、化工、冶金、供暖等领域，在环保节能减排、流量贸易结算等方面发挥着重要作用。本文以准确度等级1.5级、规格DN200的标准孔板为例，依据国家检定规程JJG 640—2016《差压式流量计》建立数学模型，分析各类不确定度来源，对流量计流量测量的不确定度进行计算和评定，以期为相关计量检定人员提供参考借鉴。

【关键词】差压式流量计；流出系数；不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.071

Evaluation of Measurement Uncertainty for the Outflow Coefficient of Differential Pressure FlowMeters

FENG Xin， ZHOU Wenhui， CHEN Qingyu， LIU Xiuxiu

（Henan Institute of Metrology， Zhengzhou 450008， China）

Abstract： Differential pressure flowmeters have advantages such as high measuring accuracy and good reliability. They are widely used in fields such as petroleum， chemical industry， metallurgy， and heating. They play an important role in environmental protection， energy conservation， emission reduction， and flow trade settlement. This article takes a standard orifice plate with an accuracy level of 1.5 and a size of DN200 as an example， and establishes a mathematical model based on the national verification regulations JJG 640—2016 Differential Pressure Flowmeters. It analyzes various sources of uncertainty， calculates and evaluates the uncertainty of flow measurement for flow meters， aiming to provide reference for relevant metrology verification personnel.

Keywords： differential pressure flowmeter； discharge coefficient； uncertainty

0引言

差壓式流量计广泛用于石油、化工、冶金和供暖等领域，其测量值的准确性和可靠性对于能源、环保等行业至关重要，且与人民群众的利益密切相关。流量计的准确性、稳定性、可靠性以及适用性，直接影响交易双方的切身利益。

差压式流量计主要由节流装置、引压导管、三阀组、差压变送器和显示仪表组成。其中节流装置由标准孔板、ISA1932喷嘴、长径喷嘴等标准节流件以及取压装置构成。差压变送器是差压式流量计中的重要组成部分，它能将节流装置的差压信号转变成电流信号。显示仪表将差压变送器产生的标准电流信号及其他装置产生的补偿信号进行计算，显示瞬间流量、累计流量及其他流量。

差压式流量计的工作原理为：充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩使流速增加，在其上下游两侧产生静压差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续原理和伯努利方程可以推导出差压与流量的关系而求得流量。目前，常用的检定标准节流装置的方法分为几何检测法、系数检测法、示值误差检测法。根据JJG 640—2016《差压式流量计》中几何检测法的要求可知，影响节流件检定的因素主要包括：平面度，工作条件下节流孔直径，工作条件下上下游管道内径、厚度，喷嘴总长度和喉部长度等。

1测量方法

依据国家检定规程JJG 640—2016，利用几何检测法对标准差压式流量计的各个参数进行检测。本次以一台准确度等级为1.5级、规格为DN200的标准孔板为例进行评定。

2建立测量模型

2.1数学模型

3标准不确定度分析

不确定度的主要来源有：1）管道内径测量重复性引入的不确定度；2）孔板开孔直径重复测量引入的不确定度；3）流体流出系数C引入的不确定度；4）β值引入的不确定度。

4标准不确定度分量的计算

4.1管道内径D的不确定度评定

4.2孔板开孔直径d的不确定度评定

分别对孔板开孔直径d进行测量，在不同的径向测量6次，得到下列数据：96.788、96.792、96.784、96.788、96.789、96.781 mm。板开孔直径d的不确定度为：

5合成标准不确定度及扩展不确定度的评定

合成标准不确定度为：

6结束语

本文以准确度等级1.5级、规格DN200的标准孔板流量计为例，在特定的温度、大气压力条件下进行了流量计测量不确定度评定。通过本次评定可以得出，除去差压式流量计检定装置自身的影响，生产厂家提供计算书中流出系数的分量对整个差压式流量计测量不确定度的影响较大。因此，在日常的检定校准工作中，应保证生产厂家使用正确的材质及较高的生产工艺，确保管道内径、开孔直径等参数的准确性，尽可能减小标准节流件本身引入的流出系数分量，从而保证整个不确定度评定的准确性。

【参考文献】

[1]液体流量标准装置：JJG 164—2000[S].

[2]差压式流量计：JJG 640—2016[S].

[3]倪育才.实用测量不确定度[M].北京：中国质检出版社，2016.

[4]测量不确定度评定和表示：GB/T 27418—2017[S].

[5]王池.流量测量不确定度分析[M].北京：中国计量出版社，2002.

【作者简介】

冯鑫，男，1986年出生，工程师，硕士，研究方向为流量计量。

（编辑：李加鹏）