標準表法氣體流量標準裝置檢測加氣機不確定度分析

韓文普 劉振華

摘要：本文利用氣體流量標準裝置檢測壓縮天然氣加氣機檢測

結果，在處理過程中需要考慮標準系統和被測系統的不確定度進行評定，進而為加氣機不確定度分析提供參考依據。

關鍵詞：標準表法加氣機不確定度

近年來隨著能源需求日益強烈，加氣機產品需求在增大。本文將針對標準表法氣體流量標準裝置檢測壓縮天然氣加氣機檢測結果，進行處理時需要考慮將標準系統和被測系統的不確定度進行評定。

1 測量條件

1.1 標準裝置及配套設備：壓縮天然氣加氣機檢定裝置；高壓氣瓶等。

1.2 檢測介質：檢定介質為壓縮天然氣。

1.3 檢測環境：環境溫度21.2℃~22.2℃，相對濕度

45%，大氣壓101kPa。

2 測量方法

采用的檢定方法為標準表法。

3 數學模型

加氣機示值誤差的測量模型為：

e=(VJ-VB)+δJ+μJ+δB

4 方差和靈敏系數

根據測量模型可得各靈敏系數為：

c1=?e/?VJ=1c2=1c3=1c4=-1c5=1

根據不確定度傳播率，其合成標準不確定度由下式表示：u2c=u2(e)=u2(VJ)+u2(δJ)+u2(μJ)+u2(VB)+u2(δB)

5 標準不確定度分量評定

5.1 加氣機測量重復性引入的標準不確定度（A類）。用標準裝置對加氣機進行檢測，測量10次，其結果：

[標準裝置示值VB/kg

7.925

7.885

8.056

7.910

7.806

8.040

7.720

7.829

7.802

7.713

7.869][序號

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值][加氣機示值VJ/kg

7.96

7.90

8.09

7.94

7.81

8.09

7.75

7.85

7.85

7.74

7.898][示值相對誤差E/%

0.44

0.19

0.42

0.37

0.05

0.62

0.39

0.27

0.62

0.35

0.369]

示值相對誤差分別為：0.44%、0.19%、0.42%、0.37%、0.05%、0.62%、0.39%、0.27%、0.62%、0.35%，根據貝塞爾公式得到示值相對誤差的實驗（單次測量）標準偏差為：s==0.175%

則示值相對誤差平均值引入的標準不確定度為：

u==0.1%

則加氣機測量重復性引入的標準不確定度（見上表）

u(VJ)=J×u=7.898kg×0.1%=7.898×10-3kg

5.2 加氣機的讀數分辨力引入的標準不確定度（B類）。被檢加氣機的最小分度值0.001kg ，數字顯示。由讀數分辨力引入的標準不確定度為：

u(δJ)=0.29δx=0.29×0.01kg=2.9×10-3kg

5.3 加氣槍槍嘴至槍開關余氣所帶來的不確定度u(μJ)。因加氣管按要求內徑一般不大于6mm，最長為0.5m，則加氣管最大容積為：

V=1/4×3.14×（0.006）2×0.5=1.4×10-5m3

假設所加氣體最終壓力為20MPa（大氣壓力為0.1 MPa，氣體密度0.7kg/m3），則管中余氣為：u(μJ)=20×0.1×1.4×10-5m3×0.7kg/m3=1.96×10-3kg

5.4 標準表的計量準確度引入的標準不確定度（B類）。本計量標準裝置所用標準表為0.2級，其最大允許誤差為±0.2%，則由此引入的標準不確定度為：

u(VB)=B×=7.869×0.00115kg=0.9×10-2kg

5.5 標準表的讀數分辨力引入的標準不確定度（B類）。標準表的最小分度值為0.001kg，顯示形式是數字方式顯示，則有讀數分辨力引入的標準不確定度為：

u(δB)=0.29δx=0.29×0.001kg=2.9×10-4kg

5.6 密度換算帶來的不確定度。由于加氣機與標準裝置輸入的同是以質量為顯示值，故該誤差忽略不計。

6 標準不確定度一覽表

[標準不確

定度分量u(xi)

u(VJ)

u(δJ)

u(μJ)

u(VB)

u(δB)][不確定度

來源

測量重復性

加氣機讀數分辨力

槍嘴至槍開關余氣

標準表讀數

標準表讀數分辨力][標準不確

定度值/ kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4][靈敏系

數ci

1

1

1

-1

1][|ci|u(xi)/kg

7.898×10-3

2.9×10-3

1.96×10-3

0.9×10-2

2.9×10-4]

7 合成標準不確定度計算

根據前面的分析可以獲得用本標準裝置檢測加氣機所得的合成標準不確定度為：

uc=

=1.24×10-2kg

其相對合成標準不確定度為：

ur==×100%

=0.158%

≈0.16%

8 擴展不確定度

取包含因子k=2，則采用標準表法氣體流量標準裝置檢測壓縮天然氣加氣機示值誤差的擴展不確定度為：

Ur=k×ur=2×0.16%=0.32% (k=2)

9 測量不確定度報告

壓縮天然氣加氣機示值誤差的測量結果的擴展不確定度為：Ur=0.32% k=2。

10 小結

通過實際的測試數據進行計算，最終給出測量不確定度報告，為標準表法氣體流量標準裝置檢測壓縮天然氣加氣機在以后的不確定度評定中提供了參考方法。

參考文獻：

[1]JJG996-2012，壓縮天氣加氣機[S].

[2]JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示[S].

[3]GB/T 19237-2003，國家質量監督檢驗檢疫總局.汽車用壓縮天然氣加氣機[S].2003-12-01.