GLZ型高壓流量自控儀示值誤差的測量不確定度評定

潘俊宏,劉東海

中國石油長慶油田分公司采油十二廠（甘肅 合水745400）

GLZ型高壓流量自控儀適用于油田的高壓注水、注聚工程，可實現平穩注水、定量注水及標準注水，最大限度地減小了油田注水對底層結構的破壞，為油田減小輸差、提高產量提供了技術保障。作為采油廠閥組注水井的主要計量儀表，該流量計具有穩定性較好、耐高壓、計量誤差小、故障率低、自動穩流的特點。為使其能較好地滿足油田精細注水的管理要求，針對自控儀示值誤差及重復性，進行測量不確定度評定，通過評定，進一步認識了GLZ型高壓流量自控儀在油田注水領域應用中的計量特性，也為校準工作提供了依據。

1 概述

1）測量依據：JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[1]。

2）環境條件：溫度19℃；濕度30%RH，常壓。

3）測量標準：測量范圍0.3～6.0 m3/h，電磁流量計0.2級[2-3]。

4）被測對象：測量范圍為0.3～3.0 m3/h，GLZ型高壓流量自控儀，準確度為1.5級[4]。

5）測量方法：采用電磁流量計標準表，通過3次循環將被檢表的各檢定點與標準器直接比較，逐點讀取被檢表累計顯示值，兩者之差即為被檢儀表的示值誤差[5]。

6）評定結果的使用：在符合上述條件的測量結果，可直接使用本不確定度的評定結果。

2 檢定原理

標定裝置流程如圖1所示,該系統主要由2臺橫河AXF-025G/080G電磁流量計（標準器）、循環管路、電動閥、快開閘閥、離心泵、蓄水池、自動操控系統等配套設施組成。通過標準流量計和被檢流量計串聯連接的方式，可以對水平干線流量計、閥組角式自控儀角式干線流量計進行標定，按照標準流量計法，保證標定環境溫濕度，流量流速穩定后，通過累積流量比對進行被檢表系數修正。

圖1 流量標定裝置

3 測量模型

采用的測量模型如下：式中：E為示值誤差，m3/h；Q為高壓流量自控儀示值(累計值)，m3/h；QS為標準表的示值(累計值)，m3/h。

誤差來源：①測量重復性引入的標準不確定度；②標準裝置引入的標準不確定度。

靈敏系數為C1=1/QS；C2=Q/QS。忽略壓力、溫度對流量計系數的影響，不做修正。

4 標準不確定度的評定

4.1 重復性引入的標準不確定度u（Q）的評定

u（q被）可以通過連續測量得到測量列，采用A類方法進行評定。對一塊0.1～3.0 m3/h、編號為171018P、準確度為1.5級的高壓流量自控儀，在重復條件下確定3個檢定點，每個點檢定10次，各檢定示值所得數據見表1，單次實驗標準偏差：

4.2 輸入量的標準不確定度u（Q S）的評定

輸入量q標的標準不確定度來源于標準裝置本身引入不確定度分量。

表1 10次測量結果

1）標準裝置不確定度測量數學模型：

式中：VN為體積；N為脈沖數；K為儀表系數；δVT為溫差體積變化；δVQ為氣泡體積變化；δVH為流量波動系數體積變化；δVJ為水溫體積變化。

冷水流量測量系統相對標準不確定度：

2）標準表脈沖數引入相對標準不確定度u1rel，脈沖數誤差±1，設定流量最小脈沖數不少于2 000個：

3）標準表定點重復性和儀表系數穩定性影響u2rel，根據檢定證書不確定度描述：

4）標準表示值差引入相對標準不確定度u3rel，標準表準確度等級為0.2級，服從正態分布：

5）管路水溫影響u4rel，水溫溫差小于1℃，16℃水膨脹系數0.000 2/℃：

6）管路氣泡影響u5rel，由于水池液位與水泵吸入口的高度高于0.5 m,且管道高處已通過排氣裝置排氣穩定：

7）變頻泵產生瞬時流量波動系數u6rel，標準裝置技術說明書表明1 200 L/H波動系數0.5%：

8）標準裝置系統合成相對不確定度為：

4.3 合成標準不確定度的評定

4.3.1 標準不確定度分量一覽表

依據上述測量不確定度評定過程，將標準不確定度各分量匯總見表2。

表2 標準不確定度分量一覽表

4.3.2合成標準不確定度的計算

因測量影響量xi彼此獨立，所以合成不確定度為：

4.3.3 合成不確定度的有效自由度

合成不確定度的有效自由度為：V=3×(10-1)=27。

4.4 擴展不確定度的確定

取包含因子k=2,故測量結果的相對擴展不確定度為Urel=2ucrel=1.2%。

4.5 測量不確定度報告

1.5級高壓流量自控儀測量結果擴展不確定度為Urel=1.2%，νeff=27，k=2。測量結果Yi=Qi±1.2%Qi。

4.6 誤差

根據標準不確定度評定u（Q）計算得知流量計相對示值誤差：

5 結論

通過實驗數據分析，儀表室在用流量標準裝置檢定符合規范中量值傳遞的基本原則，評定GLZ型高壓流量自控儀0.3～3.0 m3/h在0.45 m3/h流量使用誤差最小，在0.75 m3/h重復性最好，測量結果不確定度為6‰。流量計是采油廠精細注水的重要組成部分，它的準確與否是分析注水效果的重要依據，示值標定測量不確定度直接決定流量計標定結果的可靠性，它是評價流量計計量能力的重要性能。對管徑為DN25的高壓流量自控儀，在特定條件下標定的不確定度進行了評定，其他口徑的流量計也可使用該方法進行測量不確定的評定。