静态水流量标准装置建标报告.doc

计量标准技术报告计 量 标 准 名 称建立计量标准单位计 量 标 准 负 责 人筹 建 起 止 日 期静态水流量标准装置市计量测试所 周生生 2010年1月 至10月 目 录一、 计量标准的工作原理及其组成( 1 )二、 选用的计量标准器及主要配套设备( 2 )三、 计量标准的主要技术标准( 3 )四、 环境条件( 3 )五、 计量的量值溯源和传递框图( 4 )六、 计量标准的测量重复性考核( 5 )七、 计量标准的稳定性考核( 6 )八、 测量不确定度评定( 7 )九、 计量标准的测量不确定度验证( 13 )十、 结论( 14 )十一、 附加说明 ( 14 )一、计量标准的工作原理及组成一、 本标准装置是由以下标准器及主配套设备组成；1 标准器：二等标准金属量器、秒表。2 主要配套设备：水银温度计。二、 工作原理：1. 工作量器的检定：以水为介质，将标准量器(二等)的水以1：1的容量比较法注入被检量器，读取对应的液高h。2. 换向器的检定：采用行程差法。将流量调至换向器检定流量，使检定用介质 在规定时间内流入标准量器内，然后通过标准量器内的液体体积、温度和时间,计算出流量计在刻度状态下的实际流量。 二、选用的计量标准器及主要配套设备计量标准器名 称型 号测 量 范 围不确定度或准确度等级或最大允许制造厂及出厂编号检定证书号标准金属量器JYB-20L20L二等辽宁计量仪器实验厂143NRG20100018标准金属量器JYB-100L100L二等辽宁计量仪器实验厂1003NRG20100034电子秒表DM1-01010hU95=0.01s上海秒表厂662433MSP20101427主要配套设备玻璃水银温度计050050MPE:0.2/2001LLlC0405001 三、计量标准的主要技术指标1标准金属量器：准确度等级： 二等；测量范围： 20L，100L。2电子秒表：测量范围： 10h；最小分辨力： 0.01s，扩展不确定度：U95=0.01s,k=2。四、环境条件项 目要 求实 际 情 况结 论温 度10301030合格湿 度85%50 85%合格 五、计量标准的量值溯源和传递框图上一级计量器具标准名称：钟表分析仪准确度等级：三等溯源单位：华南国家计量测试中心标准名称：标准金属量器组准确度等级：一等溯源单位：华南国家计量测试中心直接比对比较测量法标准名称：电子秒表测量范围：10h最大示值误差：0.01s标准名称：标准金属量器组测量范围：20L，100L准确度等级：二等比较测量法计量器具名称：水表检定装置准确度等级：0.2级本单位计量器具下一级计量器具 六、计量标准的测量重复性考核计量标准测量重复性考核，可通过用该计量标准在尽量短的时间内测量一稳定的被测对象，并常用观测值的实验标准差S来表示测量重复性，此值应不大于测量不确定度评定时所采用的重复性数据。现选一台型号为LZB-15、准确度等级为2.5级的转子流量计，在标准装置正常工作条件下，用尽量短的时间对50L/h点重复测量10次，结果如下表：(单位：L/h)序号实测值/V/V/V2151.1222.510-60.0016251.1222.510-60.0016350.1222.510-60.0016450.1144.09610-5-0.0064551.1222.510-60.0016651.1222.510-60.0016751.1222.510-60.0016851.1222.510-60.0016951.1144.09610-5-0.00641051.1222.510-60.0016 用实验标准差S(x)表征计量标准的测量重复性： S(x)= 0.003L/h结论：S(x)等于测量不确定度评定中所采用的重复性数据(0.003L/h)，符合重复性验证要求。 七、计量标准的稳定性考核 依照JJF1033-2001计量标准考核规范中计量标准的稳定性的定义：选一稳定的被测对象，每隔一段时间（大于一个月），用该计量标准进行一组n次的测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。共观测m组（m4）。取m组测量结果中的最大值和最小值之差，作为计量标准在该段时间内的稳定性。计量标准的稳定性应小于计量标准的扩展不确定度（k=2）或最大允许误差的绝对值。为了对本检定装置进行稳定性考核，现选取一台转子流量计(LZB-15，364)，每隔一段时间（间隔不少于一个月），对其流量值中的50L/h点处的时间进行10次测量，结果见下表，重复性实验时间观测值/V2010年2月10日51.124L/h2010年3月18日51.130L/h2010年4月23日51.130L/h2010年5月28日51.126L/h 计量标准的稳定性为：51.130 51.124 = 0.006(L/h)因为计量标准的稳定性(0.6%)小于其示值误差的扩展不确定度(U=0.7%),所以本标准装置的稳定性符合要求。 八、测量不确定度评定(一)、转子流量计（流量值）示值误差测量结果的不确定度评定1 概述1.1测量依据：JJG164-2000液体流量标准装置检定规程及JJG257-1994转子流量计检定规程。1.2环境条件：温度(2010)，相对湿度不大于80%。1.3测量标准：标准金属量器组(二等)，电子秒表(U=0.01s)。1.4被测对象：2.5级及以下级转子流量计, 以检定型号为LZB-15的转子流量计为例。1.5测量过程：将流量调至换向器检定流量，即使转子升到所要检定的流量点，稳定10min后操作换向器，使检定用介质在规定的时间内流入标准量器内。测出流入工作量器内的液体体积及时间，即可得到流量计在刻度状态下的实际流量。1.6评定结果的使用：在符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定结果。2 数学模型 被检流量计的示值误差为：式中： 流量计示值误差(L/h)； 被检流量计在刻度状态下的实际流量(L/h)； 被检流量计的刻度流量(L/h)。因为 式中： 流入工作量器内的换算到流量计刻度状态下的液体体积(L)； 流入时间(t)。所以有3 输入量的标准不确定度评定3.1 被检流量计的测量重复性引起的不确定度分量的评定按检定规程中的方法对被检流量计50L/h量程处所用连续测量10次，获得一组数值：(单位为L/h)51.122, 51.122, 51.122, 51.114, 51.122, 51.122, 51.122, 51.122, 51.114, 51.122。=51.1204L/hs =0.003L/h则标准不确定度为： = s = 0.003L/h自由度为： = n 1 = 93.2 电子秒表的标准不确定度u()的评定电子秒表的标准不确定度u()的来源主要是由电子秒表的最大误差标准不确定度u()和电子秒表的示值分辨率u()引入。3.2.1电子秒表的最大误差标准不确定度u()的评定由检定证书得知，秒表时间间隔测量的最大误差为0.01s，而实际测量中影响二次，则有： u()= 0.01=0.014s又因为非常可靠，故： 3.2.2电子秒表的示值分辨率u()的评定电子秒表是一种数字仪表，若分辩率为0.01s，由此引入的标准不确定度为： = 0.290.01=0.003 s3.2.3输入量合成标准不确定度的合成由于上述各输入量互不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到 =0.014 s自由度为： 由于非常小，故忽略不计。3.3 金属量器标准不确定度的评定检定型号为LZB-15转子流量计所使用的金属量器为20L，其最大允许误差为0.025L，则有： = 510-3L自由度为： = 4 合成标准不确定度的评定4.1灵敏系数数学模型 灵敏系数 现以检定本所的型号为LZB-15，编号为364转子流量计，流量值为50L/h刻度为例，数据如下：110.4 1.0L=1/110.4=0.01h-1 = 忽略不计 3.2 合成标准不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度流量计重复性0.003L/h-10.006L/h9电子秒表引入0.014s最大示值误差0.14s分辩率误差0.003s金属量器引入510-3L 0.01L/h510-9 由于非常小，故忽略不计。3.3 合成标准不确定度及其自由度的计算由于上述各输入量互不相关，所以合成标准不确定度可按下式得： =0.003 L/h 其有效自由度为： = 95 扩展不确定度的评定取置信概率=95%，查分布表得(9)=2.26扩展不确定度 =2.260.003L/h =0.0068L/h 0.7%6 不确定度的报告与表示 型号为LZB-15型转子流量计示值误差测量结果的扩展不确定度为： 0.7% eff9 k=2.26 (二)、金属量器（容量值）示值误差测量结果的不确定度评定1 概述1.1测量依据：JJG164-2000液体流量标准装置检定规程及JJG259-1989标准金属量器检定规程。1.2环境条件：温度(2010)，一次检定中水温变化不应超过0.5，相对湿度不大于80%。1.3测量标准：标准金属量器组(二等)。1.4被测对象：三等金属量器, 以100L为例。1.5测量过程：标准金属量器的检定是以水为介质，将100L二等标准量器的水以1：1的容量比较法注入被检量器，读取对应的液高h。考虑温度对容量的影响需利用计量颈的分度容量I，将被检量器换算到V下对应的高度h。1.6评定结果的使用：在符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定结果。2 数学模型考虑温度的影响，则有： （1）式中：V标准量器20时的实际容量值；V被检量器液高h对应的20容量值；标准量器的体胀系数；被检量器的体胀系数；水的体胀系数；t标准量器的水温；t被检量器的水温。 根据的计算结果，可以推算V下对应的高度h,即 h= h+ （2）这样在计量颈的范围内任意给定一高度H，则对应的容量为： V= V+（H-h）I （3）若计量颈分度容量检定时所用容量为V，注入计量颈对应液位高度差H，即I=。令： h=H- h，同时将式（1）、（2）代入（3），可得：V= （4）令t=t-t，代入式（4），经化简得： V= (5)3 输入量的标准不确定度评定3.1被检量器液位高度差h的不确定度u(h)被检量器的高度差h=H-h经过6次测量，其中最大与最小之差5mm,这样测量重复性给出的标准不确定度为： u(=0.765mm自由度 v(=6-1=5被检量器的读数误差限1mm,并作均匀分布，故读数误差的不确定度为：u(=0.577mm被检量器分度容量其可靠性为10%，故自由度v(=50被检量器排液时存在着残留量，经过6次重复测量被检量器液位高度差，其中最大与最小之差2mm,故残留量的不确定度为： u = =0.306mm自由度 v=6-1=5这样液位高度差的标准不确定度为：=+=+=则：u=1.01mmu的自由度为：v= = =14.13.2计量颈液位高度差的不确定度u(被检量器的液位高度差的变化界限1mm，并作均匀分布。因此其标准不确定度： =0.58mm可靠性约为10%，故v=503.3计量颈容量V的不确定度u(计量颈分度容量采用玻璃量器检定，所用玻璃量器其示值允差0.15ml,并作均匀分布。因此其标准不确定度为： u(=0.087L可靠性约为10%，故 v(=503.4标准量器的不确定度u(100L三等金属量器最大允许误差为0.05%，因此标准不确定度为： u=0.510-3L可靠性约为10%，故v(=50标准量器排液时残留量经试验6次，其中最大与最小残留量之差为5ml,则残留量引起的不确定度为：u=0.76L自由度为：v=6-1=5标准量器的计量颈分度容量按规程不大于其标称容量的5。考虑其分布为均匀分布，故读数误差因起的标准不确定度为： u()=2.9L可靠性约为10%，故v()=50这样标准量器给出的容量的标准不确定度为：=+=标准量器排液时残留量经试验6次，其中最大与最小残留量之差为5ml,则残留量引起的不确定度为：u=0.76L自由度为：v=6-1=5标准量器的计量颈分度容量按规程不大于其标称容量的5。考虑其分布为均匀分布，故读数误差因起的标准不确定度为： u()=2.9L可靠性约为10%，故v()=50这样标准量器给出的容量的标准不确定度为：=+= =u(V)=8.87L有效自由度为：v(V)= = =62.83.5标准量器体胀系数的不确定度u()标准量器体胀系数=50，用界限6的均匀分布表示不确定度，因此：u()=可靠性约为10%，自由度为 v()=503.6水的体胀系数的u(水介质的温度（2010）范围内其体胀系数的界限为0.5。考虑其分布为均匀分布，故：u(=2.89可靠性约为10%，自由度为v()=503.7金属量器体胀系数差的不确定度u(用变化界限3的均匀分布表示不确定度。因此：u(= 可靠性约为10%，自由度为v()=503.8水温度差的不确定度u(t)水温度差的变化界限为0.5, 考虑其分布为均匀分布，故：u(t)= 可靠性约为10%，自由度为v(t)=503.9被检量器水温测量的不确定度u(t)水温测量所用的温度计其误差界限为0.1, 考虑其分布:u(t)=可靠性约为10%，自由度为v(t)=50 4. 合成标准不确定度的评定 4.1方差和传播系数由V= 可得合成方差为： = +c +c 式中：c ；c； c； c；c ；c； c；c；c 。按规程规定有：（1） 三等量器计量颈分度容量不大于其标称容量的5，即；（2） 标称容量的液位应位于计量颈中部，即；（3） 水温变化在（20）范围，即（4） 一次检定中水温度变化不超过；即； 同时有50，。所以合成标准不确定度为（本文取VV=100L）：= =1.32 =1.15有效自由度为：v = + +=按规程规定有：（5） 三等量器计量颈分度容量不大于其标称容量的5，即；（6） 标称容量的液位应位于计量颈中部，即；（7） 水温变化在（20）范围，即（8） 一次检定中水温度变化不超过；即； 同时有50，。所以合成标准不确定度为（本文取VV=100L）：= =1.32 =1.15有效自由度为：v = + +=4.2标准不确定度一览表标准不确定度不确定度来源标准不确定度值传播系数c=合成标准不确定度分量自由度u被检量器液位高度差测量1.01mm5.0514.1U(计量颈液位高度差测量0.58mm-1.9250u计量颈容量测量0.087L0.2950u标准量器容量8.87L8.8762.8U(t)水温度差0.2894.3450u标准量器体胀系数0.35t0.1850u金属量器体胀系数差0.171.750u水体胀系数2.89-t1.450u被检量器温度测量0.058-0.1050= =1.32=1.155.扩展不确定度的评定为获得置信概率为95%的扩展不确定度，取v=，根据t分布表查得：t1.96,故扩展不确定度为：九、计量标准的测量不确定度验证本装置的测量不确定度验证是采用本所检定装置和佛山市计量所检定装置示值误差进行比对。若本所装置测得值为y1，省所装置的测得值为y2，两者的扩展不确定度分别为、，经比对法公式计算符合有关规定，则测量不确定度得到验证。现用本所检定装置和广东省计量所检定装置分别测量一台型号为：LZB-15，编号为364、准确度等级为2.5%的转子流量计，检定结果如下：检定点(V)本所装置检定结果(y1)省所装置检定结果(y2)比对差值()0.20000.20000.20000.00000.40000.40010.40010.00000.60000.60020.60010.00010.80000.80020.80010.00011.00001.00021.00010.00011.20001.2003 1.20020.00011.40001.40031.40020.00011.60001.60031.60020.00011.80001.80031.80020.00011.90001.90041.90020.0002依照比对法公式，而因为 =0.0002V而 =0.0004V所以 ,故不确定度验证符合要求。十、结论根据该检定装置的计量标准的主要技术指标、量值溯源、检定系统表、测量重复性考核、稳定性考核、测量不确定度评定和测量不确定度验证，符合JJG315-1983直流数字电压表试行检定规程、JJG315-1983直流数字式欧姆表检定规程、JJG598-1989直流数字电流表检定规程检定规程的要求，可开展对0.05级及以下各级数字多用表的检定。十一、附加说明1. JJG315-1983直流数字电压表试行检定规程、JJG315-1983直流数字式欧姆表检定规程、JJG598-1989直流数字电流表检定规程；2. JJF1059-1998测量不确定度评定与表示；3. JJF1033-2001计量标准考核规范；4. 上级法定计量机构检定数字多用表和直流标准电阻19992003年的检定证书； 计量标准测量重复性考核计量标准测量重复性考核，可通过用该计量标准在尽量短的时间内测量一稳定的被测对象，并常用观测值的实验标准差S来表示测量重复性，此值应不大于测量不确定度评定时所采用的重复性数据。现选一台型号为LZB-15、准确度等级为2.5级的转子流量计，在标准装置正常工作条件下，用尽量短的时间