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钟罩式气体流量标准装置测量结果的特性分析

时间:2018/06/24来源:未知

摘要:气体流量标准装置近几年的应用越来越广泛, 但大都采用的是负压进气法, 这和采用供气的流量计结算的存在一定的误差, 因此采用正压法检定流量计的准确性有一定的依据, 本文就采用正压法的钟罩式装置在溯源过程中的多个影响量进行分析, 对提高其精度有一定的引导意义。

引言

钟罩式气体流量标准装置是以气体为介质, 对气体流量计进行检定、校准和检验的标准设备。随着经济的发展, 大量带有频率输出并由试验确定仪表系数的流量计如涡轮、涡街、旋进旋涡、带频率输出的电磁流量计等应用越来越广泛。精度要求也越来越高, 所以要求有一套高精度的钟罩。

一般有钟罩、液槽、发讯机构、压力补偿机构、气源和试验管路构成。装置是由可动的钟罩和固定的液槽构成一个容积可变的密封空腔。钟罩下降过程中通过压力补偿机构, 使其内部气体压力保持一定值, 不随钟罩浸入密封液中的深度而变化。钟罩两挡板之间的容积是固定的, 测出两挡板先后通过光电发讯器所经历的时间, 可计算出瞬时流量。

本文采用尺寸法对钟罩进行标定, 在测量的过程中, 对选取测量位置和选取测量点做了有效的选用, 以降低在测量过程中产生的误差。

1 概述

1.1 测量依据

JJG165-2005《钟罩式气体流量标准装置》。

1.2 测量的环境条件

检定室温应在 (20±5) ℃范围内;检定过程中一般在恒温条件下进行。

1.3 测量标准

周径尺, 测量范围Φ (15-50) mm, ***大允许误差为±0.05mm;钢板尺:测量范围为 (0-500) mm, ***大允许误差为±0.5mm;游标卡尺:测量范围为 (0-250) mm, ***大允许误差为±0.02mm。

1.4 被测对象

100L、200L、500L 0.2级和0.5级钟罩式气体流量标准装置。

1.5 测量过程

在规定的测量环境条件下, 通过测量钟罩两挡板间的距离 (或标尺两刻度间距离) 、钟罩的外围周长及钟罩下降引起的液面升高高度等数据来计算出钟罩的容积。在有效的高度内选取多个点、多个位置进行测量外径, 壁厚。

1.6 评定结果的使用

在符合上述条件下用尺寸法检定钟罩的测量一般可直接使用本不确定度的评定结果。

2 数学模型

2.1 数学模型

式中:

e为用卡尺测出的标尺厚度, (mm) ;

B为用卡尺测出的标尺厚度, (mm) ;

为检定段高度。用直尺连续测量上、下挡板之间的距离6次以上, 求其平均值即为钟罩的平均高度 (mm) ;

D为液槽内径, (mm) ;

h为液槽内液面上升高度, (mm) ;

为钟罩平均外直径。用直径尺分别对钟罩的上、中、下截面各进行不少于3次直径测量, 求其平均值即为钟罩的平均直径d (mm) ;

2.2 灵敏系数

由 (1) 公式可知

2.3 传播律公式

因上式的各量相互独立, 互不相关故

3 全部输入量的标准不确定度评定

选一0.2级500L钟罩流量标准装置作为被测对象。

3.1 输入量的标准不确定度评定

直径测量的不确定度来源于: (1) A类标准不确定度u (d1) , 钟罩外径测量的平均值标准偏差; (2) B类标准不确定度u (d2) , 检定钟罩用直径尺。

(1) A类标准不确定度, 来源于钟罩外径测量的平均值标准偏差。用外径尺测量500L钟罩外径9次, 其结果如1所示。

表1 钟罩外径     下载原表

表1 钟罩外径

标准不确定度

自由度n=n-1=8

(2) B类标准不确定度u (d2) , 检定钟罩用直径尺。钟罩用直径尺的***大允许误差为±0.05mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.2 输入量的标准不确定度评定

检定段高度的不确定度来源于: (1) B类标准不确定度u (H1) , 测高仪的***大允许误差; (2) B类标准不确定度u (H2) , 测高仪的读数分辨率。

(1) B类标准不确定度u (H1) , 测高仪的***大允许误差。测高仪的***大允许误差为±0.2mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

(2) B类标准不确定度u (H2) , 测高仪的读数分辨率为±0.25mm。测高仪读数分辨率为±0.25mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.3 输入量e的标准不确定度u (e) 评定

标尺厚度的不确定度u (e) 来源于: (1) B类标准不确定度u (e1) , 游标卡尺的***大允许误差; (2) B类标准不确定度u (e2) , 游标卡尺的读数分辨率。

(1) B类标准不确定度u (e1) , 游标卡尺的***大允许误差。游标卡尺的***大允许误差为±0.02mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

(2) B类标准不确定度u (e2) , 游标卡尺的读数分辨率。游标卡尺的读数分辨率为±0.02mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.4 输入量B的标准不确定度u (B) 评定

标尺宽度的不确定度u (B) 来源于: (1) B类标准不确定度u (B1) , 游标卡尺的***大允许误差; (2) B类标准不确定度u (B2) , 游标卡尺的读数分辨率。

(1) B类标准不确定度u (B1) , 游标卡尺的***大允许误差。游标卡尺的***大允许误差为±0.02mm, 矩形分布, 可知

表2 标准不确定度汇总表     下载原表

表2 标准不确定度汇总表

自由度n=∞

(2) B类标准不确定度u (B2) , 游标卡尺的读数分辨率。游标卡尺的读数分辨率为±0.02mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.5 输入量D的标准不确定度u (D) 评定

液槽内径的不确定度u (D) 来源于: (1) B类标准不确定度u (D1) , 直径尺的***大允许误差; (2) B类标准不确定度u (D2) , 直径尺的读数分辨率。

(1) B类标准不确定度u (D1) , 直径尺的***大允许误差。直径尺的***大允许误差为±0.5mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

(2) B类标准不确定度u (D2) , 直径尺的读数分辨率。直径尺的读数分辨率为±0.2mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.6 输入量h的标准不确定度u (h) 评定

液槽内液面上升高度的不确定度u (h) 来源于: (1) B类标准不确定度u (h1) , 游标卡尺的***大允许误差; (2) B类标准不确定度u (h2) , 液面上升高度的的读数分辨率。

(1) B类标准不确定度u (h1) , 游标卡尺的***大允许误差。游标卡尺的***大允许误差为±0.02mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

(2) B类标准不确定度u (h2) , 直径尺的读数分辨率。直径尺的读数分辨率为±0.2mm, 矩形分布, 可知

自由度n=∞

3.7 标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总于表2所示。

4 合成标准不确定度的评定

4.1 合成不确定度的评定

4.2 合成标准不确定度的有效自由度

合成相对不确定度的有效自由度νeff为

5 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2, Urel (V) =urel (V) ×k=0.04%

6 结论

(1) 钟罩式检定时周径尺的贴合度要比较好, 在实测高度的范围内多测量几次, 以减少测量钟罩外周长产生的误差。

(2) 超声波测厚仪采取多平面多点的测量方法, 以减少由于钟罩壁厚的不均匀性带来的误差。


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