靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定

周 波

大慶油田工程有限公司

靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定

周 波

大慶油田工程有限公司

靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由液體循環(huán)系統(tǒng)、水塔溢流穩(wěn)壓系統(tǒng)、試驗(yàn)管路、流量標(biāo)準(zhǔn)器（工作量器）、試驗(yàn)啟停設(shè)備和控制設(shè)備等5部分組成。不同結(jié)構(gòu)的裝置有不同的不確定度分量，容積法裝置的合成不確定度主要是由工作量器、換向器、工作量器溫度修正系數(shù)和液體密度而引入的不確定度分量合成。結(jié)合液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，分別評(píng)定了影響因素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，給出了靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定方法。

靜態(tài)容積法；標(biāo)準(zhǔn)裝置；流量；不確定度評(píng)定

1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)

靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由液體循環(huán)系統(tǒng)、水塔溢流穩(wěn)壓系統(tǒng)、試驗(yàn)管路、流量標(biāo)準(zhǔn)器（工作量器）、試驗(yàn)啟停設(shè)備和控制設(shè)備等5部分組成。

按要求將被檢流量計(jì)安裝到試驗(yàn)管路中，啟動(dòng)液體循環(huán)系統(tǒng)，使液體流經(jīng)被檢流量計(jì)和流量標(biāo)準(zhǔn)器。在液流通過(guò)換向器進(jìn)入流量標(biāo)準(zhǔn)器的同時(shí)，開(kāi)始記錄流量計(jì)示值和測(cè)試時(shí)間，液流停止進(jìn)入流量標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，停止對(duì)流量計(jì)和計(jì)時(shí)器信號(hào)的記錄，比較流量標(biāo)準(zhǔn)器和流量計(jì)的輸出流量值，從而確定被檢流量計(jì)的計(jì)量特性。

2 標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

容積法裝置累積體積流量

式中Qv為累積體積流量（m3）；V為測(cè)量時(shí)間內(nèi)工作量器中的液體體積示值（m3）；Cθ為工作量器的溫度修正系數(shù)。

式中β為工作量器材料的體積膨脹系數(shù)（1/℃）；θ為工作量器內(nèi)液體溫度（℃）。

容積法裝置瞬時(shí)體積流量

式中qv為瞬時(shí)體積流量（m3/s）；t為測(cè)量時(shí)間（s）。質(zhì)量流量與體積流量的換算關(guān)系為

式中Qm為累積質(zhì)量流量（kg）；qv為瞬時(shí)質(zhì)量流量（kg/s）；ρ為檢定時(shí)液體密度（kg/m3）。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度分析

不同結(jié)構(gòu)的裝置有不同的不確定度分量，如質(zhì)量法裝置引入衡器不確定度，容積法裝置引入工作量器不確定度，啟停法的裝置將引入啟停效應(yīng)的不確定度，而動(dòng)態(tài)法的裝置將引入動(dòng)態(tài)效應(yīng)的不確定度。在容積法裝置中計(jì)時(shí)器的不確定度、量器體積膨脹系數(shù)的不確定度相對(duì)影響較小，可以忽略，因此容積法裝置的合成不確定度主要是由工作量器、換向器、工作量器溫度修正系數(shù)和液體密度而引入的不確定度分量合成。

2.2.1 工作量器的不確定度

在容積法裝置中需引入工作量器的不確定度，其不確定度由所給準(zhǔn)確度等級(jí)的允許誤差并按矩形分布進(jìn)行分析。允許誤差±0.025%的工作量器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.2 換向器的不確定度

在靜態(tài)容積（質(zhì)量）法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，換向器換入行程和換出行程的差，換向閥、開(kāi)關(guān)閥的啟停效應(yīng)均影響質(zhì)量或體積測(cè)量的不確定度。

設(shè)裝置一次測(cè)量最短時(shí)間為30 s，將流量調(diào)到換向器檢定流量，穩(wěn)定10 min，操作換向器n（n≥10）次，分別將換入和換出時(shí)間記作t1i(ms)和t2i(ms)。

換相器時(shí)間差引起相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度（B類）為

換相器的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.3 工作量器溫度修正系數(shù)的不確定度

工作量器溫度修正系數(shù)由式（2）來(lái)計(jì)算。

工作量器的體積膨脹系數(shù)β=33×10-6℃-1，估計(jì)u(β)=3.3×10-6℃-1，按矩形分布，則ur(β)=5%。由于在液體溫度為20±5℃條件下不做溫度修正，取θ=20℃，u(θ)=5℃，矩形分布，則ur(θ)= 14%，cr(β)=±1.7×10-4，cr(θ)=8.3×10-4，那么ur(θ)×cr(θ)=0.012%。

2.2.4 液體密度的不確定度

當(dāng)使用容積法裝置計(jì)算質(zhì)量流量或使用質(zhì)量法裝置計(jì)算體積流量時(shí)，需引入密度值，在質(zhì)量流量與體積流量間進(jìn)行換算。如液體密度為β=1.0 g/cm3，u(ρ)=8×10-4g/cm3，則密度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(ρ)=0.08%，cr(ρ)=1。

裝置的合成不確定度為

2.2.5 裝置的擴(kuò)展不確定度

流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度U由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k得到，即U=kuc(y)。當(dāng)y和uc(y)所表征的概率分布近似為正態(tài)分布，且uc(y)的有效自由度較大時(shí)，可以按正態(tài)分布處理。在流量計(jì)量中一般取k=2，置信概率近似為95%。因此，在進(jìn)行流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度分析時(shí)，省略了自由度的選取和計(jì)算過(guò)程，則U=kuc=0.16%。

3 結(jié)語(yǔ)

各種流量計(jì)從研制到投入使用，必須對(duì)其特性進(jìn)行研究，對(duì)其標(biāo)稱的流量性能進(jìn)行試驗(yàn)，并給出試驗(yàn)結(jié)果，這些試驗(yàn)研究工作都需要在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行。因此，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)其進(jìn)行研究是非常必要的。結(jié)合液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，分別評(píng)定了影響因素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，給出了靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定方法。

（欄目主持 關(guān)梅君）

表1 三種方案對(duì)比

經(jīng)方案對(duì)比，方案三環(huán)形布局綜合了以上兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)明顯缺點(diǎn)。最終采用第三種環(huán)形布局設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)設(shè)備布局方案確定最終裝置外形尺寸為2 700 mm×4 400 mm×2 950 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

蘇里格氣田的3座標(biāo)準(zhǔn)化集氣站內(nèi)正式建成投運(yùn)，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，大大縮短了施工周期，減少了土建工作量，真正實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)數(shù)字化無(wú)人值守管理，且裝置運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低。該裝置作為一種新型的配電模式，能滿足沙漠偏遠(yuǎn)地帶數(shù)字化無(wú)人值守的要求。

[1]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．3版．北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)部．低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50054—2011[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版設(shè)，2011.

[3]中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)部．電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50217—2007[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

收稿日期2015-04-22

（欄目主持 關(guān)梅君）

高壓集氣站電控一體化集成裝置已在長(zhǎng)慶油田

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.025

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