气体容积式流量计测量结果的不确定度分析

摘    要：

使用钟罩式气体流量装置检定气体容积式流量计一组数据, 对气体容积式流量计检定结果的不可确定程度的分析, 验证测量结果的不确定度。

测量方法:可参照JJG633-2005《气体容积式流量计》中的相关检定规程来测量。环境条件:温度为 (20±5) ℃, 湿度为40%-70%。测量过程:采用钟罩法, 用规程的钟罩式气体流量装置做主标准器, 气体从钟罩内排出, 流经被检流量计, 并分别把钟罩内所排出的气体体积量以及被检流量计实际气体体积量记录清楚, 然后让这两者相比较, 进而得出气体容积式流量计所存在的基本误差。

可把实际检定环境温度控制在 (20±2) ℃左右, 因进行一次检定在很短的时间内便可完成, 这样可视作标准器排出口的气体温度与被检流量计入口处的气体温度一致, 压力一致, 即气体流动过程可试视为等温, 等压过程。根据基本误差定义, 被检流量计基本误差计算的公式为:

式中:E代表流量计的示值误差;Qm代表流量计的所具有的累积流量值, m3或L;Qs—与Qm同温度以及同压力情况下标准器累积流量值, m3或L。

依据误差计算公式检定结果的合成标准不确定度评定公式如下:

据合成标准不确定度对应的评定公式, 我们可知合成不确定度可大致包括下列分量。

1) 钟罩式气体流量标准装置引入的标准不确定度u1。包括 (1) 标准器体积测量引入的标准不确定度分量u (VS) 1; (2) 装置测量重复性引入的标准不确定度分量u (VS) 2; (3) 标准器标尺引入的标准不确定度分量u (VS) 3; (4) 标准器内水温与气温偏差引入的标准不确定度分量u (VS) 4。2) 被检流量计体积测量引入的标准不确定度分量u2。

(1) 标准器体积测量引入的标准不确定度分量u (VS) 1。钟罩的检定体积VS=100.00L, 检定证书中给出体积值的准确度为0.5级, 既表示在测量点100 L附近误差限为±0.5 L, 服从均匀分布, 则标准器的体积不确定度为:

(2) 装置测量重复性引入的不确定度分量u (VS) 2。用检定装置对一块气体容积式流量计在重复性条件下下进行10次测量, 所测数据见下表:

算得单次的实验标准差为:

检定结果取二次测量值的平均值, 故标准不确定度为:

(3) 标准器标尺引入的标准不确定度分量u (VS) 3。标准器标尺的***小分辨力为1mm, 因此读数误差限为±0.5mm, 标准器的分度值, 假设它服从均匀分布则读数误差的标准不确定度为:

(4) 标准器内水温与气温偏差引入的标准不确定度分量u (VS) 4标准器内水温与气温若有所偏差, 则会引起标准器内排出气体体积的微小变化。钟罩内气温与水温之差***大不超过1℃, 即ΔT=1K, 而T=273+20=293K。由此带来的体积改变量:

估计服从均匀分布, 则由此引起的标准不确定度为:

因为各分量相互独立, 则

因此, 总的由标准器体积测量引入的标准不确定度分量u1为:u1=0.36L

被检流量计的***小分辨率为0.2L, 因此读数误差限为±0.1L, 假设它服从均匀分布, 则读数误差的体积不确定度为:

因此, 由被检流量计体积测量不确定度引入的标准不确定度分量u2为:u2=0.058L

由于各标准不确定度分量无关, 合成标准不确定度uc (ΔV) 为:

测量结果的扩展不确定度评定 (取k=2)

故气体容积式流量计示值误差测量结果的扩展不确定度为:U=k·uc (ΔV) =0.72Lk=2