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管道式液体流量计在线校准测量不确定度的评定


文章日期:2018-01-18|阅读数:


摘要:本文在研究国内外液体流量计在线校准方法的基础上,选择了一款典型的管道式电磁流量计作为本次测量结果不确定度评定的研究对象。通过对其测量结果不确定度的评定及分析,确保了液体流量计在线校准的准确可靠,从而解决了在用液体流量计无法离线送检的溯源难题,对提升流量计在线校准能力具有积极意义。

引言:
  随着工业技术的迅速发展,流量测量技术日益成熟,液体流量计作为液体流量测量的重要计量器具,已广泛用于纺织印染、石油化工、冶金制药、热电、造纸、环保、水利、市政等领域。然而,各行各业在用管道式液体流量计普遍存在不便拆卸,导致无法离线送检的问题,这就急需法定计量技术机构提供在线校准以解决液体流量计溯源难题。目前,尚未颁布关于液体流量计在线检定/校准的检定规程或校准规范。笔者经过多年流量计在线校准的经验积累,在研究国内外流量计在线校准方法的基础上,编制了关于管道式液体流量计在线校准的方法文件,进而选择一款典型的管道式电磁流量计作为本次测量结果不确定度评定的研究对象。

1、校准要求:
1.1、校准环境及条件:

  本院液体流量计检定实验室,将校准标准器及被检流量计按要求安装于液体流量计检定装置上。
1.2 、校准标准器:
  0.5级进口便携式超声波流量计,传感器测量范围:(Φ15~Φ800)mm。
1.3 、被检流量计:
  管道式电磁流量计,其***大流量为100 m3/h,口径为Φ80mm。
1.4 、校准描述:
  基于超声波时差法的原理,采用示值误差的方法进行比对。

2、数学模型:
2.1、电磁流量计相对示值误差按式(1)计算:

计算公式

式中:E为电磁流量计的示值误差,
%;q为电磁流量计示值(瞬时值),
m3/h;qs为标准器显示值(瞬时值),
m3/h。标准器显示值(瞬时值)  的计算公式见式
计算公式

qs为标准器显示值(瞬时值),
m3/h;v1为声道上线平均流速,
m/s;K为流速分布修正系数;
d为管道内径,m。
2.2 、灵敏系数:
2.3、不确定度的传播:
  上式中各输入量不相关,电磁流量计示值误差的标准不确定度:
3 、输入量的相对不确定度评定:
3.1 、标准器示值的不确定度根据标准器检定证书可知其***大允许误差为±0.5%。按均匀分布考虑,k= ,故,
3.2 、测量管径引入的不确定度管径测量误差来源于卡尺,根据卡尺检定证书可知其***大允许误差为±0.04mm,实测管径为81mm。按矩形分布考虑,k = ,故,
3.3 、测量重复性的不确定度测量重复性引入的不确定度可以采用多次测量获得,采用A类评定方法评定。确定3个校准流量点,每个流量点校准10次,校准结果如表1。取校准点80%处求得10个示值误差,可得: ,应用下式所示的贝塞尔公式,计算单次实验标准偏差
式中:Eij为第i流量点第j次的示值误差;Ei为第i流量点的平均示值误差。分别将其它校准点各次流量计示值误差值该标准偏差可求得其它校准点的实验标准偏差。由于在实际校准时,各校准点的校准结果取10次测量的平均值 , 故 , 算 术 平 均 值 的 实 验 标 准 偏 差 为 :
。计算求得各校准点的单次及算术平均值的实验标准偏差如表2所示。为了减少风险,取***大实验标准差作为测量重复性的标准不确定度,则:
计算公式
表1 校准结果记录表

表1 校准结果记录表
式中:Ei为第i流量点的平均示值误差;E为所有流量点的平均示值误差。灵敏系数c(E)=1
表4  不确定度分析一览表

表4  不确定度分析一览表

由于温度、压力影响相对较小,忽略其不确定度的影响。另外,由于重复性分量包含人员读数引入的不确定度分量,为避免重复计算,故忽略人员读数引入的不确定度分量。
4、合成不确定度:
4.1 、不确定度汇总表:
4.2 、合成标准不确定度计算:

以上各项标准不确定度分量互不相关,所以合成标准不确定度为:
计算公式
4.3 、扩展不确定度取包含因子k=2 ,故,测量结果相对扩展不确定度为:
Urel=k  • ucrel=1.4%(k=2)

5、不确定度的应用:
  众所周知,流量计量是计量科学技术的组成部分之一,它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系,流量计量的准确与否对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展具有重要作用。为此,液体流量计在线溯源方法的研究是确保在用流量计准确测量的重要保障,在线校准结果不确定度直接决定流量计计量的准确性,它是评价在线校准能力的关键指标。本文通过评定和分析典型的管道式电磁流量计测量结果的不确定度,对解决流量计在线溯源难题、提升流量计在线校准能力具有积极意义。
  目前,我国化工行业的发展方向是着大型化、智能化方向进行,安全问题成为了化工生产的首要问题,在化工生产中安全仪表系统的合理设置对保证化工过程装置的安全运行至关重要。安全仪表设计过程中,  通过危险与风险分析, 确定SIS各安全仪表功能合适的SIL等级是***重要的活动[9]  ,  但SIS的SIL等级并非越高越好,  要通过计算生命周期成本, 力求一种***优配置,即寻求系统可靠性与经济性的一种平衡,  应在达到系统安全要求的前提下, 既能满足要求又不至于造成过高的建设和维护等成本,  真正实现合理配置经济实用的安全系统。


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