膜式燃气表示值误差测量结果的不确定度评定

一、概述

1、测量依据：JJG577-2012《膜式燃气表》。

2、测量环境条件：温度（20±2）℃，大气压力（86～106）kPa，相对湿度（45～75）% 。

3、测量标准：音速喷嘴式燃气表检验装置，0.5级，测量范围（0～6）m3/h。

4、被测对象：膜式燃气表qmax=1.6 m3/h。

5、测量方法： 根据气体动力学原理，当气体通过临界流喷嘴时，在喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值qm。此时qm只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。流经临界流喷嘴的质量流量qm可按下式计算：

qm=A*・Cd・C*・

式中：qm ---- 实际条件下通过临界流喷嘴的质量流量；

A* ---- 临界流喷嘴喉部的截面积；

Cd ---- 临界流喷嘴的流出系数；

C* ---- 实际气体的临界流函数；

P0 ---- 喷嘴前气体的绝对滞止压力；

T0 ---- 喷嘴前气体的绝对滞止温度；

R ---- 通用气体常数；

M---- 摩尔质量；

因为被检流量计多为体积计量流量计，所以还要将质量流量转换为被检流量计的体积流量。根据实际气体状态方程：

=

式中： ---- 被检流量计处的气体密度；

Pn ---- 被检流量计处的气体压力；

Tn ---- 被检流量计处的气体温度；

Zn ---- 被检流量计处的气体压缩系数

所以

qv = qm/ =A*・Cd・C*・

qv ---- 实际条件下通过临界流喷嘴的体积流量；

二、数学模型

E=[（q-qv ）/ qv ]×100%

式中： q ---- 燃气表的示值；

E ----燃气表的示值误差；

三、输入量的标准不确定度的评定

1、输入量qv的标准不确定度评定

该项不确定度主要由输入量Cd引入的标准不确定度u （Cd），输入量P0引入的标准不确定度u（P0），输入量T0引入的标准不确定度u（T0），输入量R引入的标准不确定度u（R）， 输入量C*引入的标准不确定度u（C*），输入量Zn引入的标准不确定度u（Zn）， 输入量Pn引入的标准不确定度u（Pn） 和输入量Tn的标准不确定度u（Tn）组成。

（1）输入量Cd的标准不确定度u （Cd）的评定

流出系数的标准不确定度u （Cd）可根据喷嘴检定证书给出的流出系数

0.2%来确定。按正态分布考虑，k=2，则有

u （Cd）=0.2%/2=0.1%

（2）输入量P0的标准不确定度u（P0）的评定

压力变送器的准确度为0.2级，按均匀分布考虑，则有

u（P0）=0.2%/ =0.12%

（3） 输入量T0的标准不确定度u（T0）的评定

温度变送器的准确度为±0.2℃，按矩形分布考虑，则有

u（T0）=0.2/（293.15* ）=0.04%

（4）输入量R的标准不确定度u（R）的评定

在软件中采用了湿空气的折合气体常数公式，由于折合气体常数的不确定度的来源主要是湿度测量，大气相对湿度测量不确定度一般可达4%，所以引起空气气体常数（R/M）计算的标准不确度

u（R） ≤0.03%

（5）输入量Zn的标准不确定度u（Zn）的评定

在软件中根据压力Pn、温度Tn和大气相对湿度计算空气压缩因子Zn，其计算不确定度小于0.05%，即

u（Zn） ≤0.05%

（6）输入量Pn的标准不确定度u（Pn）的评定

压力变送器的准确度为0.2%，按均匀分布考虑，则有

u（Pn）=0.2%/ =0.12%

（7）输入量Tn的标准不确定度u（Tn）的评定

温度变送器的准确度为±0.2℃ ，按矩形分布考虑，则有

u（Tn）=0.2/（293.15* ）=0.04%

（8）输入量qv引入的标准不确定度u（qv）的计算

输入量qv的各影响量均不相关，则输入量qv引入的标准不确定度u（qv）为：

测量100 dm3时，则u（qv）=0.21%×100=0.21 dm3

2、输入量q的标准不确定度评定

u（q）可通过在某一测量点上，重复性条件下重复测量得到，采用A类方法进行评定。对被测表在1.6 m3/h的流量点上进行10次重复性测量，平均用气量为100dm3。得到被测表的相对误差列： 0.86%，0.84%，0.80%，0.79%，0.79%，0.69%，0.70%，0.74%，0.79%，0.85%

单次实验偏差：

任意选取3台同型表，每台分别在0.016，0.32，1.6流量点连续测量10次，共得到9组测量列，测量列分别按上述方法计算得到实验标准差，如表1所示。

表1 9组实验标准差计算结果

标准偏差sj s1=0.050% s2=0.049% s3=0.048%

s4=0.049% s5=0.048% s6=0.050%

s7=0.050% s8=0.048% s9=0.050%

合并样本标准差：

实际测量情况是在重复性条件下连续测量2次，以读2次算术平均值为测量结果，则可得到：

测量100 dm3时，则u（q）=0.04%×100=0.04 dm3

四、 合成标准不确定度评定

1、灵敏系数

2、 标准不确定度各分量汇总表（见表2）