1 概述

本中心静态质量 法 水 流 量 标 准 装 置 型 号 为LBY － 150，流量测量范围( 0. 2 ～ 450) m3 /h，管径测量范围 DN( 15 ～ 200) mm，用于对各类液体流量计实施强制检定。科里奥利质量流量计准确度和稳定性较高，理论上不受被测介质温度、压力、密度等参数的影响，广泛应用于贸易结算和计量交接。［1］本文所用质量流量计由艾默生过程控制有限公司制造，准确度等级为 0. 2 级，质量流量范围( 2. 78 ～ 27. 78) kg /s，电源电压 220V，输出( 4 ～ 20) mA 电流信号。 2 不确定度评定

 

2. 1 测量模型建立

本装置采用质量法进行检定，不使用砝码，每次测量的实际标准质量 Qs 按式( 1) 计算:

Qs = M·c ( 1)

式中: Qs—实际标准质量，kg; M—电子天平示值，kg; c—浮力修正因子。

 

浮力修正因子 c 按式( 2) 计算: ［2］

标准质量流量 qs 按式( 3) 计算:

 

式中: t———测量时间，s。

 

由此可得测得值的示值误差:

2. 2 合成标准不确定度及灵敏系数

 

根据测量不确定度的传播律，合成标准不确定度 uc 按式( 5) 计算:

式中: ct、cM、cρ水 、cρ气 、cq———计时器、电子天平、水密度、空气密度及流量计重复性等输入量的灵敏系数，分别为:

 

式中: ut、uM、uρ水 、uρ气 、uq 分别为计时器、电子天平、水密度、空气密度和流量计重复性引入的标准不确定度。

 

3 各输入量引入的标准不确定度

3. 1 计时器引入的标准不确定度 ut

本装置单次检定时设置时间一般为 60s，由大量检定实验可知，其显示时间在( 59. 965s ～ 60. 035s) 区间内，故取其不确定度区间半宽度0. 035s，按均匀分布考虑，则:

 

3. 2 电子天平引入的标准不确定度 uM

检定时选用 6t 的电子天平，非常大允许误差为± 500g。其不确定度区间半宽度为 0. 5kg，按均匀分布考虑，则:

3. 3 水密度引入的标准不确定度 uρ水

本装置配置的水池尺寸约为 7m × 7m × 5m，取非常大测量量程 450m3 /h，按单次检定时间 60s 计算，水池池面下降非常大不会超过 15cm 左右，再通过消气装置除气，故不考虑水流波动和气泡对水密度的影响，只考虑水温变化对密度的影响。由大量实验可知，对某个流量点的三次检定过程中，水温变化一般不超过 ±0. 2℃。假设水温在 20℃时检定，查水温与密度对照表可知:

 t1 =19. 5℃，ρ1 =998. 334kg /m3 ; 

t2 =20. 0℃，ρ2 =998. 232kg /m3 ; 

t3 =20. 5℃，ρ3 =998. 128kg /m3。

通过计算可知: 当水温在( 19. 8 ～ 20. 2) ℃时，密度为( 998. 1904 ～998. 2728) kg /m3，其不确定度区间半宽度为0. 0412kg /m3，按均匀分布考虑，则:

3. 4 空气密度引入的标准不确定度 uρ气

湿空气的密度不能被直接测量，通常需依据大气压、干球温度、湿球温度等参数来进行计算，［3］实际测量比较繁琐，本文使用干空气的密度来评定其引入的标准不确定度。假设空气温度在 20℃ 时检定，检定过程中空气温度变化非常大不超过 1℃，查空气密度表可知: 当温度在( 19 ～ 21) ℃ 时，干空气密度为( 1. 201 ～ 1. 209) kg /m3，其不确定度区间半宽度为 0. 004kg /m3，按均匀分布考虑，则:

 

3. 5 流量计重复性引入的标准不确定度 uq

测量重复性是被测量估计值的不确定度的一个分量，本文被测量估计值取 10 次重复测量的平均值，得到数据如表 1 所示。

由贝塞尔公式求单次测得值的实验标准偏差s = 0. 004854kg /s，则由重复性导致的非常佳估计值的标准不确定度为:

4 灵敏系数计算

取某次测量数据，t = 60. 033s，q = 23. 6001kg /s，M =1416. 792kg，取常压、20℃下的水密度 998. 232kg /m3，

干空气密度1. 205kg /m3。代入式( 6) ～式( 10) ，可得: 

ct = 0. 01664s － 1 

cM = － 7. 050 × 10 － 4 kg － 1 

cρ水 = 1. 209 × 10 － 6m3 /kg 

cρ气 = － 1. 002 × 10 － 3m3 /kg 

cq = 0. 04232s/kg

 

5 扩展不确定度计算

将以上结果代入式( 5) ，计算可得合成标准不确定度 uc = 0. 0398% ，则:扩展不确定度 U = k·uc = 0. 080% ，k = 2由此可得: 该质量流量计符合准确度等级的要求，示值误差检定合格。