音速喷嘴法气体流量标准装置的测量不确定度评定

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j：：// 、、lI技 术 TECHN0LOGY误著与不确定摩音速喷嘴法气体流量标准装置的测量不确定度评定- 概 述临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置工作原理如下：装置在相同时间间隔内，气体连续地流过喷嘴和被校流量计.由于质量守恒 .通过喷嘴的质量流量和被校流量计的质量流量相同.比较两者的流量示值可以确定被校流量计的计量性能二、测量模型1.装置总的累计体积流量为Q ∑q it2.单个喷嘴的体积流量为吼：CdA CMP V式中：C.广 喷嘴的流出系数 ；4- 喷嘴的喉部面积；C- 喷嘴的流函数；p广 喷嘴入 口处气体的绝对滞止压力： 压缩系数 ： 被校流量计处的温度； - 气体的摩尔质量 ；p--被校流量计处的压力； - 喷嘴人 口处气体的滞止温度； --通用气体常数三、灵敏系数c l(Cd)c ，CA )-C l(C )c-(po)c叫(Z)c I( )1；cj(p)-1；c (JR)0.5；cTd( )c l(To)-0.5四、不确定度分析1.各分量的标 准不确 定度评 定(1)喷嘴流出系数的相对标准不确定度c ( )的评定喷嘴的检定证书给出喷嘴流出系数的相对扩展不确定度为0.2%.k2，则90 中：翻计 ：2013 9口吴-晨c l(Cd)0.1%(2)喷嘴滞止温度测量的相对标准不确定度 。(To)的评定喷嘴滞止温度测量采用PtlOO$fl电阻温度计 .允许偏差E ±(0.300.005 I t I)，取 20c，得E -4-(0.300.005x20oC)：±0.4C相对误差： ×100%0.136%按矩形分布考虑， ( )： ：0.079%V 3(3)摩尔质量的相对标准不确定度 ( )的评定摩尔质量的相对标准不确定度可视为常数 .在此忽略不计(4)通用气体常数 的相对标准不确定度Ⅱ ( )的评定由于其不确定度非常小 .在此没有考虑其影响(5)喷嘴滞止压力测量的相对标准不确定度u (p。)的评定喷嘴滞止压力测量所用压力计允许误差为 .25%。

按矩形分布考虑， (p。)：-0.25 %： 0.144%、/3(6)被校流量计处温度测量的相对标准不确定度u ( )的评定被校流量计处 温度测量采用PtlOO$fl电阻温度计，允许偏差E ±(0.300.OO5 I)，取t20%，得E ±(0.300.005x20C)±0.4C，按矩形分布考虑，则相对误差 xl00%0.136%表1 标准不确定度-览表TECHNOLOGY误差与不确定输入不确定度 可能分布 输入量的标准 对合成不确定 序号 符号 来源 灵敏系数(%) 覆盖因子 不确定度(%) 度的贡献(%)l u l(Cj) 喷嘴流出系数 O.2 正态 O.1 1 0.12 l(ro) 喷嘴滞止温度 O.136 矩形 0.079 -0.5 0.0403 Ⅱ l(M) 摩尔质量4 Ⅱ l(R) 通用气体常数5 l(P0) 喷嘴滞止压力 O.25 矩形 0.144 1 0.1446 u l(T) 被校流量计处温度 O.136 矩形 0.079 l 0.0797 U l(P) 被校流量计处压力 O.25 矩形 0.144 -1 O.1448 U ( ) 喷嘴喉部面积9 u l(C ) 临界流函数10 U re(Z) 压缩系数1l M l(t) 计时器 0.005 1 0.005耐( )：-0.-13二6% ：0.079%V 3(7)被校流量计处压力测量的相对标准不确定度 (p)的评定被校流量计 处压力测量所用压力计允许误差为±0.25%.按矩形分布考虑.则M (p)：-0-.2 5-%： 0.144%V 3(8)喷嘴喉部面积的相对标准不确定度u (A )的评定由于喷嘴使用时的喉部截面积与标定时取值相同，所以可将其视为常数。忽略其不确定度。

(9)1界流函数的相对标准不确定度M (C )的评定由于喷嘴使用时的临界流函数与标定时取值相同，所以可将其视为常数，忽略其不确定度。

(1O)压缩系数的相对标准不确定度 (Z)的评定压缩系数的相对标准不确定度Ed-，.在此忽略不计。

(1 1)湿度的相对标准不确定度当湿度计最大允许误差不超过--5%时.可忽略湿度的相对标准不确定度(12)计时器的相对标准不确定度计时器的A类相对标准不确定度为0.004%.计时器的B类相对标准不确定度为0.003%.则计时器的相对标准不确定度为Urel( )V(0.004%) (0.003%) 0.005%2.标准不确定度分量-览表(见表1)3.不确定度计算当湿度计最大允许误差不超过±5%时.可忽略湿度的相对标准不确定度 此时单个喷嘴体积流量的相对标准不确定度为( )、/u ( )÷[ -( ) ( ) (R)] (P。) (r)u )u (A·) (。)u (z)装置在使用时，将根据所需的流量使用单个、两个、多个至全部喷嘴组合〖虑各喷嘴流量间的相关性及其相应的灵敏度系数 .装置的合成标准不确定度为Urel( )V max[ ( ， )]2 ( )式中：max[u (口 )]--采用各喷嘴中最大的相对标准不确定度；M (f)--计时器的相对标准不确定度。

由于摩尔质量 、通用气体常数、喷嘴喉部面积、临界流函数、压缩系数引入的不确定度分量很小，可忽略不计，所以综上可得：( )V (c )- 1[ ( )] 。) ( ) ) ( )0I24%合成扩展不确定度 ：C (Q )-ku (Q )0.48%( 2)五、结束语上述分析及计算表明.当测量过程受到较好控制时，装置的合成扩展不确定度为0.48%(k2)，能够满足检定1.5级及以下的气体流量计的要求。