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温度、压力的测量对油流量标准装置不确定度影响的分析

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1 油流量标准装置工作原理1.1 装置的工作原理装置的结构如图 1所示,油流量装置 主要由油源、标准体积管、检测台位、控制和处理等系统组成。

图1 油流量标准装置工作原理示意图1.2 油流量标准装置检测流量计的原理及程序油装置的工艺及控制系统如图2。从图 2中可看出,装置的控制分为:(1)油源、系统控制、检测控制、数据处理和打樱(2)检测原理及程序用标准体积管检测涡轮流量计是依据JJG 1037-2008《涡轮流量计》检定规程 之规定进行,每个台位都应在-定流量范围内的多个流量点进行:g i 、9 、0.4q 和g ;对于准确度等级优于0.5%的涡轮流量计增加 0.25q 和 0.70q 两个点;量程比大于20:1的流量计,还应增加0.1g 流量点。

在检测过程中,每调整-个流量点,都应当等压力、温度、流量稳定后进行。

每个流量点的检测次数-般不少于3次,对准确度等级优于 0.5%的流量计其次数应不少于6次。

具体方法:把流量调到规定的检测流量点的流量值,稳定后,启动装置和被检流量计,记录体积管和被检测流量计的初始示值,按照操作要求,运行-段时间,同时停止装置和流量计。在检测过程中并记录体积管和流量计的温度、压力 (包括大气压)和时间并计算参数。

(3)根据标准体积管和流量计的记录按数学模型计算① 计算检测时标准体积管的流体的实际体积3j:, n 、 (1 。)[1JB (t -20)] (1)、 - ,式中: 、 分别为第 i检测点第 次检测时体积管和流量计处的流体实际体积,m ;e为标准体积管的壁厚,mm;D为标准体积管的内径,mm;E为体积管所用材料的弹性模量,Pa;P 为第 i检测点第 次检测时体积管处的表压力,Pa;B 为体积管材料的体膨胀系数,℃~;t 为第 检测点第 次检测时体积管处的油温度,oC;i为1,2,,m,检测点数,m≥[收稿日期]2012-12-10[基金项目十-五”国家科技支撑计划标准专项 (2009BAK66B04)[作者简介]李 旭 (1958-)男,北京人,副研究员,毕业于哈尔滨工业大学,从事用于流量计量与测试技术领域的流量基、标准装置的设计、建立的研究。

工业计量 2013年第 23卷第 l期 ·39·UNCERTAlNTY OF MEASUREMENT1.油池 (或罐);2、10.油位计;3.补油源;4.油泵组;5.止回阀;6、18.调节阀;7.过滤器8.压力变送器;9.稳压容器;l1.检测介质 (油);12.检漏阀;13.密度计;14.体积管;15.四通阀;16.试验段 (台位规格);17.涡轮 (或其他)流量计;19.回流管图2 油流量标准装置检测流量计的工艺流程图3; 为 1,2,,n,检测次数,nI>3。

② 将体积管的实际体积换算到标准流量计处的体积: Vm (2)Vmij嗳 (· )[1 ts-20℃)](3)若P p ,则 ,就可以按下式计算每次检测的仪表系数 k 否则有误。

③ 被检涡轮流量计在同-检测点的仪表系数k: - - - - - (4)式中:p 为第 i检测点第J次检测时,流量计处在 t 下的密度,kg/m ;p 沩第 i检测点第 次检测时,标准体积管处在t 下的密度,kg/m。。

(4)计算涡轮流量计的仪表系数、示值误差和重复性 E 1 (5): (6)E, × 。。% c7, 瓦 厂--- ------- ( √ 1 ( ) (8)E,[(E ) ] (9)(5)如按涡轮流量计的示值误差计算,其相对示值误差E9E : ×100% (10)式中, 同(1)式。

(Vm) ( ) [1- (t -tm)][1 (p -Pm)](11)或 。%(Er) 耋 (13)E [(E,) ] (14)2 不同准确度等级的涡轮流量计的温度和压力的波动允许值(1)由式 (11)展 开,并忽 略二 阶小 量 引,则: [1-卢(t -t ) (p -p )] (15)· · · c (Pm) ·P m1Ucr( )[c ( ) ;( )ci(f );( )c;(p ) ;(p )c ( );(卢)c;(t ) ;(t )c:(k) ;(k)c;( ) (p )]寺 (16)若只考虑对涡轮流量计的温度、压力对不同准确度等级的要求,如0.2级,则式(16)变为:ld,er( )[ ;( );(P )]寺 (17)UNCERTAlNTY OF MEASUREMENT 测量不确定度 霎、。 - 。 - 差为 0.1℃,如也按均匀分布,则 ( ): :√j0.058C,温度 测 量 的合 成 不 确 定 度: (t )M(t1.2)(0.23 0.058 ) 1℃ 0. 24C,变压器油的膨胀系数 JB1.8×10 ℃~。

c5(t )1.8×10 ×200.0036;c2(t )1.8×10 ×150.0027,则c (ts)Ur(ts (ts) 0.0036 x 0.0036×0.081% 2.92×10- %c。(tm)Ur(tm)c ) 0.0027× 0.0027 x0.083% 2.24×10- %(3)标准体积管及被检涡轮流量计处压力测量的标准不确定度u(p ),u(p )的计算:采用的压力变送器的不确定度 0.1%,量程为0.1MPa,测量的压力为 0.06MPa,计算中萨对压力0.2MPa,其最大测量误差为:△p0.1% ×0.2MPa0.0002MPa, 0.0o012MPa压力检测的标准不确定度:,(p ) (p )Q.吕 0.6%变压器油的压缩系数k5×10- 。P -,c,(后)1.0×10-(4)被检流量计的重复性, (q)0.07%。

根据体积管检测涡轮流量计计算的数学模型,流量计的系数相对标准不确定度如表 1。

设P 0.5MPa,忽略温度对 ( )的影响,则:0.2级 , 1/Zr (p )Ur(p ) ,则 △p0.004×0.5×10 :2×10。

设 t 20C,忽略压力对 ,( )的影响,则:0.2级, u tm)0而.4 0.004×t o.1 oC因此,装置检测 o.2级涡轮流量计,其压力和温度的变化在第 i检测点第 次检测过程中,分别不得超过2000Pa,0.1C,要求还是比较严格的。对其他级别的压力、温度变化要求可按上述计算方法定量的计算确定。

(2)同理可计算装置的压力、温度变化,对不准确度的影响 J,其计算如:,( )[M (P )/Z (t )] (18)式中:/Z,(P )为标准体积管压力的相对不确定度;(t )为装置温度的相对不确定度。

如设装置P 0。6MPa,忽略温度对 u ( )的影响,由 (11)式得( ) ( ) [1卢(t,- )][1-k(p -P )]c5(t )lc (P )-1对0·1级,则:u,(p )U而.Z:0·002,ap 0·002×0.6×10 Pa:1200Pa如设温度 t 20C,忽略压力对 ( )的影响,则:( ) 0·002,则 At0·002×20C :0.04oC O.05℃ 。

3 油涡轮流量计的不确定度评定(1)体积管装置的不确定度。根据 JJG 1O37-2008涡轮流量计规程之规定,其扩展不确定度应不大于涡轮流量计最大允许误差绝对值的 1/3要求,即0.07%,现为 0.05%。扩展不确定度包含因子 k2。

如按正态分布考虑,经检测合格,其不确定度为:( ): % :0.025%, ( ):1(2)体积管及被检的涡轮流量计处温度测量的不确定度 ,(t )、 (t ),体积管检测温度的铂电阻温度计,其等级按B级,测量温度为20C;设涡轮流量计处温度为 t 15%,最大测量误差为:At(0.3o℃0.005 f t I)0.4C,如按均匀分布,则 。(ts): :0.23(2,电测仪表的允许误工业计量 2013年第23卷第 1期表 1 流量计的系数相对标准不确定度表 ]霉霉 来源 灵 数 -u,合成相对标准不确定度0.074%,扩展不确定度0.15%。

· 41·4 计算实例用体积管检测LW-40涡轮流量计,根据检测参数的记录和计算系数 K的数学模型,进行数据处理,其结果如表 2。

表2 用最i]--乘法拟合仪表系数--流量特性曲线的不确定度表表中k,n0O,1q ,其中:61.o81.3048L1 -0.101887L~√耋 2)0.064L-1u (k)s/k×100% 0.079%U,(k)2u (k)0.16%5 理论与实验结果的结论(1)本研究课题用标准体积管建立的检测装置原理、结构、设计合理先进,计算数学模型正确,方案可行。

(2)根据所建立的数学模型,试验程序以及不确定度评估与实验结果非常-致 ,不确定度分析的扩展不确定度为 ( )0.15%(k2),实验数据及用最小二乘法计算的扩展不确定度 Ur( )0.16%(k2)。

(3)所建立的标准体积管装置检i贝0油流量计可作为国

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