氣體定流量發生器的不確定度評定

甄楊

[摘要]定流量發生器廣泛應用于汽車、燃氣器具、醫療器械、衛生包裝等行業，依據JJF（津）05-2018《氣體定流量發生器校準規范》的要求，對氣體定流量發生器進行了不確定度評定。

[關鍵詞]氣體定流量發生器;不確定度;評定

定流量發生器在給定的溫度和壓力下，入口端和出口端之間存在壓力差而形成氣體流動。在溫度和定流量發生器前后端壓力保持恒定的條件下，流經定流量發生器的流量也保持恒定。定流量發生器應用比較廣泛，主要用于各種壓力下，各種氣體流量的測量或進行各種氣密檢漏儀的校驗。定流量發生器的內部主要構件為節流元件，根據流量的大小改變節流元件的直徑可以得到所需的流量值。圖1為定流量發生器內部結構示意圖。根據應用場合和流量的大小的不同，節流元件的分為毛細管、玻璃管、金屬管等類型。

一、測量方法

氣體定流量發生器校準通常可選用正壓法或者負壓法來實現，常見的標準裝置有活塞氣體流量標準裝置、皂膜式氣體流量標準裝置和鐘罩式氣體流量標準裝置等，實驗室環境溫度：（20±2）°C，相對濕度：30%～80%，校準時周圍不應有附加熱源、強振動等，校準過程中，環境溫度、標準裝置和被校定流量發生器處的溫度之差應不超過1°C，定流量發生器一般應在校準環境條件下放置2h以上，等待定流量發生器穩定到校準環境的溫度下方可進行校準。

圖2為使用流量測量標準裝置進行正壓定流量發生器校準的示意圖[。

二、測量模型

（一）20°C下定流量發生器的校準流量計算公式為：

qm—定流量發生器出口處的校準流量，L/min或ml/min;

Ps—流量測量標準裝置出口端的絕對壓力，kPa;

Pm—定流量發生器出口端的絕對壓力，kPa;

Tm—定流量發生器出口端的熱力學溫度，K;

Ts—流量測量標準裝置出口端的熱力學溫度，K;

qs—流量測量標準裝置測量的流量值，L/min或ml/min。

（二）不確定度傳播系數

由公式（1）式可得：

三、不確定度分量評定

以一個表前額定壓力為400kPa，額定溫度為20°C，標稱流量為1.226mL/min的定流量發生器的校準為例。用于流量測量的標準裝置的準確度等級為1.0級。校準記錄如下表所示。

（一）重復測量引入的不確定度ur（Er）

由重復測量引入的不確定度屬于A類不確定度。將定流量發生器測量6次，校準結果為。

則由重復測量引入的不確定度為：

（二）標準裝置出口端壓力測量的不確定度ur（Ps）

標準裝置出口端壓力測量的不確定度屬于B類不確定度，出口端壓力利用壓力變送器進行測量，此次測量中壓力變送器的準確度等級為0.2級，假設服從均勻分布，則出口端壓力測量引入的標準不確定度為：

（三）氣體定流量發生器出口端溫度測量的不確定度ur（Tm）

氣體定流量發生器出口端溫度測量的不確定度屬于B類不確定度，出口端溫度利用溫度變送器進行測量，此次測量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C，假設服從均勻分布，則定流量發生器出口端溫度測量引入的標準不確定度為：

（四）氣體定流量發生器出口端壓力測量的不確定度ur（Pm）

氣體定流量發生器出口端壓力測量的不確定度屬于B類不確定度，出口端壓力利用壓力變送器進行測量，此次測量中壓力變送器的準確度等級為0.2級，假設服從均勻分布，則出口端壓力測量引入的標準不確定度為：

（五）標準裝置出口端溫度測量的不確定度ur（Ts）

標準裝置出口端溫度測量的不確定度屬于B類不確定度，出口端溫度利用溫度變送器進行測量，此次測量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C，假設服從均勻分布，則標準裝置出口端溫度測量引入的標準不確定度為：

（六）標準裝置引入的不確定度ur（qs）

標準裝置引入的不確定度屬于B類不確定度。流量測量標準裝置采用皂膜式氣體流量標準裝置，準確度等級為1.0級，其擴展不確定度為1.0%，置信概率為95%，包含因子k=2，其相對標準不確定度：

四、合成標準不確定度

氣體定流量發生器不確定度分量匯總表如表2所示。

五、擴展不確定度

取包含因子k=2，擴展不確定度為：

結語

本文在氣體定流量發生器不確定度評定過程中，選用的實驗標準裝置為皂膜式氣體流量標準裝置，該裝置的準確度等級為1.0級，若選用準確度等級更高的鐘罩式氣體流量標準裝置，則可以降低由測量標準裝置引入的不確定度分量。

參考文獻：

[1]JJF（津）05-2018《氣體定流量發生器校準規范》[S].天津市計量監督檢測科學研究院，2018.

[2]JJG640-2016《差壓式流量計》[S].北京：中國計量出版社，2016.