電磁流量計示值誤差校準不確定度評定

電磁流量計示值誤差校準不確定度評定
   摘.. 要: 針對目前電磁流量計在出廠時只標注有允許誤差或準確度等級, 其不確定度未予表述這一現狀, 依據..電磁流量計檢定規程.. JJG 1033- 2007, 進行水流量標準裝置實流校驗試驗。分別介紹了評定的測量依據、環境條件、測量標準、被測對象、測量過程以及評定結果的使用。示值誤差校準不確定度分析評定表明, 該標定裝置的不確定度對于電磁流量計的測量非常重要。
  關鍵詞: 電磁流量計.. 示值誤差.. 不確定度.. 水流量標定裝置.. 能力比對
   0.. 引言
   隨著自動化工業的不斷發展, 電磁流量計應用不斷擴展。在各項工業系統中, 它是過程控制或貿易結算中極為重要的儀器。因此, 電磁流量計校驗必須在經法定計量部門檢定認可的水流量標定裝置上實流標定。其校驗誤差是在相對特定標定裝置上測得的, 所以確定儀表標準誤差的不確定度應是首先考慮的問題。目前, 不少電磁流量計生產廠家在其選型資料上標明了自家生產儀表的精度, 即允許的誤差或準確度等級, 而校準誤差的不確定度未作說明。當將儀表換臺到其他臺位上校驗, 將出現較大的偏差, 這就是沒有考慮流量標定裝置不確定度因素(當然流量計的穩定性和重復性也是關鍵重要的因素)導致的結果。本文詳細闡述了流量計示值誤差不確定度評定的計算方法, 并通過與中國計量科學研究院和上海市計量測試院進行比對試驗, 最終論證了計算方法的準確性。
   1.. 校準不確定度評定
   本文主要介紹依據..電磁流量計檢定規程.. JJG 1033- 2007, 對電磁流量計示值誤差的測量結果的不確定度進行評定, 通過嚴謹的標定實驗以確保產品的精確度和可靠性。
  1. 1.. 標定實驗要求
  依據..電磁流量計檢定規程.. JJG 1033- 2007, 在校準的環境條件下, 以流量為100m3 /h、準確度等級為0. 5%的DN80mm 電磁流量計為被測對象。測量標準與主要配套儀器設備為經上一級檢測機構校準的DN40mm ~ DN150 mm 水流量標定裝置, 不確定度為0. 041% ( k= 2)。符合上述條件的測量結果, 一般可以直接使用本不確定度評定結果。
   1. 2.. 標定方法和數學模型
   在規定的環境條件下, 按..電磁流量計檢定規程.. JJG 1033- 2007檢定, 以檢定規程給出的示值誤差表示式作為不確定度評定的數學模型, 以循環水為介質, 用靜態質量法測量, 將電磁流量計顯示的累積流量值與標準裝置的容積值(換算到流量計處狀態的累積流量值)比較, 計算得出電磁流量計相對示值誤差如式( 1) 所示。E ij = (Qi j - Qs ) ij (Qs ) ij .. 99% ( 1) 式中: Eij為第i檢定點第j次檢定被檢流量計的相對示值誤差, %; Qij為第i檢定點第j次檢定時流量計顯示的累積流量值, m3; (Qs ) ij為第i檢定點第j次檢定時
標準器換算到流量計處狀態的累積流量值, m3。靈敏系數C 的表達式為: c1 = ..f ..Qij = 1 (Qs ) i j c2 = ..f ..(Qs ) ij = - Q ij (Qs ) 2ij .. - 1 (Qs ) ij (2 ) 傳播率計算公式為: u2rel (E ) = ..f ..Qij 2 u2 (Qij ) + ..f ..(Qs ) i j 2 u2 ( 3) 由于所有輸入量Qij、(Qs ) i j彼此獨立且不相關, 故傳播率公式簡化后如式( 4)所示。(Qs ) ij = u2rel (Qij ) + u2rel (Qs ) ij ( 4)
   1. 3.. 示值誤差E 的測量結果
   依據..電磁流量計檢定規程.. JJG 1033- 2007安裝電磁流量計, 檢定流量點可分為5 點( 10%、25%、50%、75%、99% )。每個流量檢定點與設定流量的偏差應不超過.. 5%, 每個流量檢定點的重復檢定次數應不少于3次。儀表校驗記錄結果如表1所示。表1.. 儀表校驗記錄Tab. 1.. Calibration records of instrument 校驗點/% 測量容積/m3 標準容積/m3 誤差/% 101. 70 1694. 07 1700. 48 - 0. 38 101. 70 2256. 01 2264. 14 - 0. 36 101. 70 1694. 13 1700. 48 - 0. 37 78. 10 1308. 03 1313. 19 - 0. 39 78. 10 1308. 57 1313. 69 - 0. 39 78. 10 1303. 50 1308. 68 - 0. 40 52. 00 870. 54 873. 79 - 0. 37 52. 10 870. 03 873. 29 - 0. 37 52. 10 876. 32 879. 80 - 0. 40 24. 80 551. 69 553. 13 - 0. 26 24. 80 551. 68 553. 13 - 0. 26 24. 80 553. 72 555. 14 - 0. 25 9. 00 351. 67 351. 72 - 0. 02 9. 00 350. 43 350. 22 0. 06 9. 00 352. 18 352. 22 - 0. 01
   2.. 評定數據分析
   2. 1.. 誤差不確定度
   被測智能電磁流量計示值誤差E 的不確定度來源于輸入量Qij和標準裝置輸出(Qs ) ij。分析指出, 主要不確定度源包括: .. 輸入量Qij測量的不重復性引入的相對不確定度urel (Qij )。.. 標準裝置輸出(Qs ) ij測量不準引起的相對不確定度urel (Qs ) ij。
   2. 1. 1.. 相對不確定度
   不確定評定方法分為A類和B類2種評定方法, 該不確定度采用A類方法評定。取校驗點99%處測得的3個誤差, 可得: Ej = 13 .. 3 j = 1Ei j = - 0. 37% ( 5) 應用如式( 6)所示的貝塞爾公式, 計算單次實驗標準差: Srel = 1 3- 1.. 3 i= 1 (Eij - Ej ) 2 = 0. 01% ( 6) 分別將該標準差代入測量所得的其他校驗點各次流量計誤差值, 可以求出各校驗點的實驗標準差Sj, 如表2所示。表2.. 各校驗點的實驗標準差Tab. 2.. Experimental error from standard at each calibrating points 序號校驗點實際標準差S j 1 10% 0. 04% 2 25% 0. 00% 3 50% 0. 01% 4 75% 0. 00% 5 99% 0. 01% 合并實驗標準差Sprel為: Sprel = 15 .. 5 j = 1S2j 12 = 0. 02% ( 7) 為了減小風險, 取實驗標準差作為相對不確定度urel (Qij ), 則: urel (Qi j ) = MAX(Sj ) = 0. 04% ( 8) 自由度V1 的表達式為: V1 = .. m j= 1Nj = 5 .. ( 3- 1) = 10 ( 9)
   2. 1. 2.. 相對不確定度
   DN40mm ~ DN150mm 水流量標準裝置經上海計量測試技術研究院華東國家計量測試中心校準(根據..液體流量標準裝置檢定規程.. JJG 164- 2000), 所得到的具體校準試驗數據如表3所示。表3.. 水流量標準裝置校準試驗數據Tab. 3.. Calibra tion test data on water flow standard device 設備名稱A類不確定度B 類不確定度標準不確定度計時器0. 000 8% 0. 002 0% u1 = 0. 002 2% 衡.. .. 器0. 017 3% u2 = 0. 017 3% 換向器0. 006 3% 0. 007 0% u3 = 0. 009 4% 水密度計0. 005 8% u4 = 0. 005 8% 為了更好地反映裝置的實際狀況, 并與實際應用相結合, 換向器選用流量計法進行檢定。綜合以上各
設備的標準不確定度、液體流量標準裝置的擴展不確定度, 其給出的擴展不確定度為: Urel (Qs ) ij = 2(u21 + u22 + u23 + u24 ) 1/2 = 0. 041% .. ( k = 2) ( 10) 為了提高可靠程度, 取置信概率p = 95%, V2 = 50。
   3.. 示值誤差不確度評定
   測量的合成標準不確定度urel (E ): .. .. urel (E ) = urel (Qij ) 2 + urel (Qs ) 2ij = ( 0. 04) 2+ ( 0. 041) 2% = 0. 057% ( 11) 有效自由度為: Vef f = u4rel (E ) [ urel (Qij ) ] 4 V1 + [ urel (Qs ) ij ] 4 V2 = 0. 0574 0. 044 10 + 0. 0414 50 .. 35 ( 12) 取置信概率p = 95%, 按有效自由度Veff = 35, 查t 分布表得k95 = t95 ( 35) = 2. 03, 示值誤差E 測量結果的擴展標準不確定度U95rel為: U95rel = k95 .. urel (E ) = 0. 057% .. 2. 03= 0. 12% ( 13) 被測電磁流量計示值誤差E = - 0. 40%, 其擴展標準不確定度為: U95rel = 0. 12% Veff = 35 本公司將此臺校驗的電磁流量計送至中國計量科學研究院和上海市計量測試院進行比對試驗, 測量審核滿意度公式如下: En = K - K0 K1 u2 + u20 ( 14) 該試驗證實了本公司水流量標定裝置與國家計量科學研究院和上海計量測量院的標定裝置有同等級的不確定度。
   4.. 結束語
   通過對流量計不確定度的評定, 可以看出標定裝置的不確定度對流量計測量精度的重要性。標定裝置的不確定度越高, 越能真實地反映流量計的測量誤差, 也越能保證流量計出產時的精度, 為用戶提供可靠的保障。因此, 提高標定裝置的不確定度對于開展流量計的檢定工作和正常的生產工作來說是至關重要的一個方面。
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