对0_2级热能表检定装置的不确定度的评定.docx

对 012 级热能表检定装置的不确定度的评定The Uncertai nty Eval uation of Meas ureme nt Device f or012 Level of Heat Meters Exa mi nation许吉(合肥热电集团营销公司 ,安徽 合肥 230061)摘 要 : 本文介绍了 012 级热能表检定装置不确定度来源 ,扩展不确定度的评定方法 。关键词 : 热能表 ;示值误差 ;不确定度1引言热能表作为一种和电表 ,水表一样的计量器具 ,它的 准确与否直接关系到供热和用热双方的利益 ,为了提供一个公正 ,公平的用热环境 ,对热能表的检定是一项十分重要的工作 。为了考量热能表检定结果的准确性 ,对热 能表检定装置的进行不确定度分析是十分必要的 。2热能表检定装置的工作原理根据国家计量检定规程 JJ G225 - 2001 ,用总量检定 法检定热量表的示值时 ,将流经热能表中载热液体集中于标准衡器中 ,通过始值 m0 、结束值 m1 、热水装置水温 以及环境温度 ,算出实际热量 ,比较热量表显示热量与实际热量 ,得到热能表的示值误差 。KC 插入称量容器中管道修正系数A CKC = 1 -AL式中 : A C 插入管截面积 ; AL 称量容器面积 。312误差分析 如考虑到系统其它部分可能影响测量结果 ,可将上面理论计算公式修正为 :MVN =KKKC + V G + V H + V Z + VQW ( tw)式中 :V G 中 间 管 道 温 度 变 化 引 起 的 误 差 ;V H 换向 器 引 起 的 误 差 ; V Z 蒸 发 引 起 的 水 体 积 变 化 ;VQ 水中气泡引起的误差 。313标准不确定度根据上式可得出测量值 VN 的相对合成标准不确定 度为 :mi nqpE = 3 + 4+ 0102q式中 : E 热量表热量值的最大允许误差 ;min 最小允许温差 ,在此温差下 ;热交换系统中载热液体 的入口温度和出口温度之差 ; qp 热量表在其计量不超过最大允许误差下可连续运行的最大流量 ; q 流量 。3液体流量标准装置不确定度分析311被测体积理论计算公式2222u u ( VN )u KuCuM=+w+VNWuQKKKCMu Z22221uGuH2+VN314VNVNVN各项标准不确定度的评定方法对 A 类不确定度按标准差的计算公式确定 :MVN =KKKCW ( tw)1( xi - x) 2S =n - 1 式 中 : VN 流 过 水 体 积 ;M 水 体 积 称 量 值 ;自由度为 n - 1 。W ( tw) 测量过程 中 在 温 度 下 被 检 表 处 水 密 度 ; KK 空气浮力修正系数a对 B 类不确定度按矩形分布确定 : u =3A1 - 自由度为 。(1) 称量值按规程要求对二台天平分别进行测量 ,并计算 A 类 相对标准不确定度 ,其最大值为 :mKK =AB1 -W式中 : A 称 量 容 器 外 空 气 密 度 ; ( 1120kg/ m3 ) ;AB 称量容器中空气密度 ; (1114 kg/ m3 ) ;W 水密度 ; (988kg/ m3) ; KK 标准砝码密度 ; (8000kg/ m3)KK = 110010n1/ 2uM1106 %=100 % = 0MB 类最大相对标准不确定度 uM2/ M = 0109 % 。(mi - m) 2i = 1n - 11m + R0许吉 :对 012 级热能表检定装置的不确定度的评定69则 uM / M = 0110 % 。(2) 水密度纯水的密度 W 可通过下式计算 :W ( tW ,W ) = (Wde + KW ) ( 1 - WtW ) (1 + WW )查表值 Wde 的不确定度可忽略不计 。因实际使用 水存在不定程度的污染会引起水密度的变化 ,其修正系 数 KW 由定期对水的检测结果得出 ,其不确定度可通过 KW测量结果的不确定度与变化后的水密度来估测 , 取 其极限值 0105 % ,则 :u ( KW ) / w = 0105 %/ 3 = 0103 %温度对密度的相对不确定度的影响是由 WtW 决定的 。水的热系数 W 在 50 附近的值约为 010005 - 1 。 被测表处温度的误差 tw 可由温度计的误差限来估算 ,我 们取 tw = 015 ,则 :组成部分 。首先按规程要求用流量计检定法测出换向器时间差 t ,其相对标准不确定度为 :n21/ 2uH =100 % = 0105 %= 1VNn换向器 B 类最大相对不确定度为 0107 % 。则换向器的相对标准不确定度为 : uH/ V H = 0108 % 。(7) 蒸发量 热水在测量过程中的蒸发对装置测量准确度的影响很大 ,所以应尽量采取有效措施避免蒸发量的损失 。水的蒸发是从一个水气饱合状态变成另一个饱合状 态的过程中发生的 。在水温为 50 条件时 ,我们知道使1m3 的空气升高 1 并达饱合状态需蒸发约 010038kg 的 热水 ,即 :mkg01003850Cm3t010005 015u (Wtw) =100 % = 01014 %3设称量容器中空气的体积为 V K , t 为注水前后的温度差 ,则相对称量水质量的蒸发量为 :水的 压 缩 性 影 响 很 小 , 其 压 缩 系 数 为 w =010005MPa - 1 ,因装置最大工作压力为 013MPa ,可得出(wPw) 01009 % 。 这样可求出水的密度的相对标准不确定度为 :uVmKFV = M 100 = 0138V t ( %)WNu Z =FV = 212 10 - 4 V Kt( %)VNVN3u2 ( KW u (W )+ u2 (W ) + u2 (W )=可看出此影响量较大 ,所以装置在使用时明确控制 ,即规定 V K/ VN 不得大于 2 ,二次检定的时间间隔不得大 于 2min ,确保 t 值不超过 20 。考虑到其它不确定因素影响 ,取极限值为 :u Z / VN = 0105 % (8) 气泡水中的气泡能给测量结果带来很大影响 ,所以装置 设计时必须具有相应措施 。因装置有排气装置和视窗观 察口 ,所以正常情况下不会对测量结果带来影响 。此项影响可忽略不计 。如在被检表后与标准器之间的管道中某处躲藏有一 气泡 ,当温度压力没有变化时 ,对测量结果没有影响 。如 在测量过程中温度发生了变化 ,现对其影响作一测算 :设此项不确定度为 uQ / VN 0101 % , VQ 为气泡所占 体积 。则 :VQ / VN 3 0101 % 01017 %另 空 气 的 膨 胀 系 数 = 010037 - 1 , VQ =010037 VQt , 即 :VQ 0105 VN / t设在 极 限 情 况 下 t 变 化 了 2 , 且 最 小 检 定 量 为10L 时 ,则 VQ 0125L因装置有排气功能 ,可以保证此值成立 ,此影响也可 忽略不计 。4装置扩展不确定度(下转第 71 页)WW2Wtw= 01033 %(3) 空气浮力空气浮力修正系数值 KK = 110010 其误差不会大于010001 ,其对应的标准不确 定 度 u K/ KK 01006 % , 可 忽 略不计 。(4) 中间管道温度变化带来的影响 此影响主要指被检表至标准器中间管道因温度变化和管道与水的热胀系数不同而引起的体积变化所带来的影响 。V GV G=(W - G) tVN VN式 中 : w 水 的 膨 胀 系 数 , 在50 附 近 为010005 - 1 ; G 管 道 材 质 的 膨 胀 系 数 , 其 值 为0100005 - 1 ;t 试验过程中介质温度的变化 。 当检定大流量点时 ,因 V G VN ,可忽略不计 ,当检定最小流量时必须给予考虑 。设极限情况下 , VN = 10L ,t = 2 ,装置 V G = 8L ,则V G/ VN = 01072 % ; uG/ VN = 0104 %(5) 插入管的浮力影响 在实际中对插入管修正系数的准确性进行了实际的测试 ,其值 uG/ KG 0101 %可忽略不计 。(6) 换向器 换向器的不确定度是整个合成标准不确定度的主要(ti - t )i- 11tmin王志勤 :台秤测量不确定度分析71前的示值结果如下 : X1 = 500104kg , X2 = 500112kg , X3 =500106kg 。由于测量的次数只有 3 次 , 重复性 测 量 引 入取 k = 2 可得台秤的扩展不确定度为U = kuc ( y) = 2 35151g = 71102g测量不确定度汇总和报告表 1 标准不确定度分量一览表412的不确定度分量 u ( x ) 使用极差法 u ( xi ) = sr ( xi )C ,查表得知 C = 1164u ( xi ) = R/ C = (500112 - 500104) kg/ 1164= 48178gu ( x) = sr ( x) = sr ( xi ) /n = 48178 3= R/序号来源类型不确定度/ g概率分布包含因子1234标准砝码测量重复性 读数误差台秤B A B合成扩展14143281001614035151均匀正态 三角t326-= 28100gA 类不确定度分量为 u ( x) = sr ( x) = 28100g 5 台秤71102 t 2 台秤不确定度的报告为 :用 M1 级标准砝码测量 500kg ,检定分度值 e = 200g ;在此秤点的最大允许误差为 : mpe = 115 e = 115 200g =300g 。其扩展不确定度 U = 71102g , ( k = 2) 。用公式表(2) 由读数误差引入测量不确定度分量 u ()由读数造成的标准不确定度分量为 :u () = 012 e/ 6 = 01082 e = 16140g4合成标准不确定度 uc ( y)由于读数与模型简单显见传播系数 (灵敏系数) 均为1 则示为 : I = ( I + U) = (5001073 010710) kg , k = 2参考文献1 JJ F1059 - 1999 测量不确定度评定与表示. 北京中国计量出版社.2 闫宝珠. 质量与密度测量不确定度. 北京中国计量出版社 ,2002 .u ( m) 2 + u ( I) 2u ( m) 2 + u ( x) 2 + u () 2uc ( y) =uc ( y) =141432 + 281002 + 161402 = 35151g411扩展不确定度作者简介 :王志勤 ,男 ,高级工程师 。工作单位 :漳州市计量所 。通讯地址 :363000 福建省漳州市马鞍山路 8 号 。收稿时间 :2010 - 11 - 22(上接第 67 页)u ( x) = R/ C = (120110 - 120105) kg/ 1164= 301488gu ( x) = sr ( x) = sr ( xi ) /n = 301488 3 = 171602g= 2 441753g = 89151g测量不确定度汇总和报告表 1 标准不确定度分量一览表412序号来源类型不确定度/ g概率分布包含因子31464171602414417531234标准砝码测量重复性 读数误差体重秤B A B合成扩展均匀正态 三角t626-A 类不确定度分量为 u ( x) = sr ( x) = 171602g由读数误差引入测量不确定度分量 u () :由读数造成的标准不确定度分量为 :u () = 012 e/ 6 = 01082 e = 41g4合成标准不确定度 uc ( y)由于读数与模型简单显见传播系数 (灵敏系数) 均为1 则 5 体重秤89151 t 2 体重秤不确定度的报告为 :用 M1 级标准砝码测量 120 kg ,检定分度值 e = 500g ;在 此秤点的最大允许误差为 : mpe = 115 e = 115 500g = 750g 。其扩展不确定度 U = 89151g , ( k = 2) 。用公式表示为 :u ( p0) 2 + u ( p1) 2u ( p0) 2 + u ( x) 2 + u () 2uc ( y) =uc ( y) =I = ( I + U) = (1201067 010895) kg , k = 2参考文献1 JJ F1059 - 1999 测量不确定度评定与表示. 北京中国计量出版社.2 闫宝珠. 质量与密度测量不确定度. 北京中国计量出版社 ,2002 .=314642 + 1716022 + 412 = 441753g411扩展不确定度取 k = 2 可得体重秤的扩展不确定度为U = kuc ( y)作者简 介 : 郭 庄 启 , 男 , 工 程 师 。工 作 单 位 : 漳 州 市 计 量 所 。通 讯 地 址 :363000 福建省漳州市马鞍山路 8 号 。收稿时间 :2011 - 02 - 04(上接第 69 页)