音速喷嘴法气体流量标准装置不确定度分析.doc

音速喷嘴法气体流量标准装置不确定度分析一、概述GLV-Z系列临界流文丘利喷嘴气体流量标准装置（以下简称置），选用符合国际标准（ISO9300）的临界流文丘利喷嘴气体流量标准，采用标准流量计比较发原理进行流量计的检定或测试。本报告引用643-2003国家计量检定规程“标准表法流量标准装置”。1、JJG643-2003国家计量检定规程“临界流流量计”；2、JJG620-94国家计量检定规程“临界流流量计”；3、CNAL/AC012003“检测和校准实验室认可准则”；4、CNAL/AG062003“测量不确定度政策实施指南”。二、装置简介1、基本结构该装置按照主要功能分成两大部分：主要的装置设备部分和专用管理软件部分，装置的谁被部分主要由以下五部分组成：1.1装置计量部分该部分包括：滞止容器、被压容器、音速喷嘴组、阀门组、压力变送器、温度变送器、阀门组等。2、工作原理与特点2.1测量原理临界流文丘利喷嘴（简称喷嘴），当气体通过喷嘴喉部最小截面时，在达到临界压比下P/P0.528时空气其流速达到最大值（音速），但小于临界压比时，气体通过该截面上的流速仍然保持最大值，音速不变。我们就是利用临界流喷嘴具有这一特性，作为气体计量量值标准的理论依据。根据空气动力学，热力学，分子物理学等知识，经理论推导，通过临界流喷嘴的气体质量流量，可按下式计算：Qg = Cdkg/h (1)Qg：通过临界流喷嘴的气体质量流量（/h）P：临界流喷嘴前滞止绝对压力（KPa）T：临界流喷嘴前滞止绝对温度（K）：和临界流喷嘴喉部面积等有关系数（制造单位给出）Cd：流出系数（制造单位给出）PH：在实验室条件下饱和蒸汽压力Kpa（计算机内可查）：在实验室条件下相对湿度（湿度计实测获得）Po：在实验室内大气压力根据连续性原理，通过被检流量计的质量流量Qg，一定等于通过临界流喷嘴的质量流量Qg。被检气体流量计的输出信号是和体积流量有函数关系，则通过被检定气体流量计的标准体积流量可用下式表示：QV1=0.28689Cd (2)P1：被检气体流量计的表前绝对压力KpaT1：被检气体流量计的表后绝对湿度K通过被检气体流量计的实际指示流量值Qv则其检定结果误差应为 100% (3)三、误差来源分析根据装置的构成测量原理，形成有效检测的要素主要是：完全等流量传递通道。准确的参数（压力温度，湿度等）测量。准确的临界流计算公司和有效的喷嘴参数。由此，可以对装置总体误差或不确定度形成影响的项目归类如下：1、气体泄漏量：由于本装置的原理是标准表法，要求通过被检表的质量流量与标准表一致，所以从被检表的后端到喷嘴之间不允许有泄漏，其控制指标为0.05%。2、各类检测传感器和仪表：包括被检表前后，滞止容器内和音速喷嘴前后的压力变送器，温度变送器，大气压力计以及湿度计。这些参数是用于判断和计算的依据，因此必须符合要求且经过检定。3、音速喷嘴组：须经过专业检定，给出响应的流出系数，临界流系数和检测结果。4、计算机数据采集：四、各类参数的不确定度1、泄漏量本装置的指标为优于0.05%，根据测试，在区间内为均匀分布，取K= ，其标准不确定度V1=0.029%2、一体化温度变送器根据其检定证书，本装置所附之一体化温度变送器的基本误差限均为0.15%，设温度测量及不均匀引起误差限为0.15，则不确定度为=0.030%3、压力变送器根据检定证书，本装置所附之压力变送器基本误差最大为0.03%，优于0.05%，不确定度为4、计算机数据采集计时Vr=0.01%5、与喷嘴有关的参数根据前述数学模型 Cd (4)式中Cd-流出采数 P-喷嘴前的绝对滞止压力 T-喷嘴前的绝对温度 P1-被检表前（或后）度绝对压力 T1-被检表前（或后）的绝对温度 -与临界流喷嘴喉部面积等有关系数 PH-在实验室条件下饱和蒸汽压力 -室内相对温度 Po-实验室内大气压力由于喷嘴的检质与实际使用时相同，空气压缩系数的不确定度很小，而湿度休整所引起的不确定灵敏度很小。因此，在该模型中除了压力与温度参数外，流出系数Cd的不确定度是主要的影响因素。根据检定证书，检测结果准确度优于0.2%，故6、PVTt法检定喷嘴的精度为0.1%，故五、装置的合成不确定度其中：Uc-装置的合成不确定度C1v-各分量的灵敏系数U1v-各分量不确定度将式（4）简化为K为简化系数求偏导： 由此得出各分量的灵敏系数C1v测量不确定度一览表序号符号来源输入不确定度U(X1v)%灵敏系数C1v（X1v）C1v（X1v）U1v（X1v）%1V1泄漏源0.02910.0292Cd流出系数0.11510.1153T喷嘴前滞止0.030-0.50.0154P喷嘴前滞止压力0.02910.0295T1被检表处温度0.03010.0306P1被检表处压力0.029-10.0297Ur数据采集，计时0.01010.0108VsRVTt法0.0580.058装置的合成不确定度UC=(0.029%)2+(0.115%)2+(0.015%)2+(0.029%)2+(0.030%)2+(0.029%)2+(0.010%)2+(0.058%)2=0.142%结论：本装置的标准不确定度为0.142%，取K=2，其扩展不确定度为0.284%，均优于提出的指标要求。流出系数的不确定度音速喷