氣體定流量發(fā)生器的不確定度評(píng)定

甄楊

[摘要]定流量發(fā)生器廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、燃?xì)馄骶摺⑨t(yī)療器械、衛(wèi)生包裝等行業(yè)，依據(jù)JJF（津）05-2018《氣體定流量發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，對(duì)氣體定流量發(fā)生器進(jìn)行了不確定度評(píng)定。

[關(guān)鍵詞]氣體定流量發(fā)生器;不確定度;評(píng)定

定流量發(fā)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(dòng)。在溫度和定流量發(fā)生器前后端壓力保持恒定的條件下，流經(jīng)定流量發(fā)生器的流量也保持恒定。定流量發(fā)生器應(yīng)用比較廣泛，主要用于各種壓力下，各種氣體流量的測(cè)量或進(jìn)行各種氣密檢漏儀的校驗(yàn)。定流量發(fā)生器的內(nèi)部主要構(gòu)件為節(jié)流元件，根據(jù)流量的大小改變節(jié)流元件的直徑可以得到所需的流量值。圖1為定流量發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和流量的大小的不同，節(jié)流元件的分為毛細(xì)管、玻璃管、金屬管等類(lèi)型。

一、測(cè)量方法

氣體定流量發(fā)生器校準(zhǔn)通常可選用正壓法或者負(fù)壓法來(lái)實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)裝置有活塞氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、皂膜式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置等，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度：（20±2）°C，相對(duì)濕度：30%～80%，校準(zhǔn)時(shí)周?chē)粦?yīng)有附加熱源、強(qiáng)振動(dòng)等，校準(zhǔn)過(guò)程中，環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)裝置和被校定流量發(fā)生器處的溫度之差應(yīng)不超過(guò)1°C，定流量發(fā)生器一般應(yīng)在校準(zhǔn)環(huán)境條件下放置2h以上，等待定流量發(fā)生器穩(wěn)定到校準(zhǔn)環(huán)境的溫度下方可進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖2為使用流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行正壓定流量發(fā)生器校準(zhǔn)的示意圖[。

二、測(cè)量模型

（一）20°C下定流量發(fā)生器的校準(zhǔn)流量計(jì)算公式為：

qm—定流量發(fā)生器出口處的校準(zhǔn)流量，L/min或ml/min;

Ps—流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端的絕對(duì)壓力，kPa;

Pm—定流量發(fā)生器出口端的絕對(duì)壓力，kPa;

Tm—定流量發(fā)生器出口端的熱力學(xué)溫度，K;

Ts—流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端的熱力學(xué)溫度，K;

qs—流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量的流量值，L/min或ml/min。

（二）不確定度傳播系數(shù)

由公式（1）式可得：

三、不確定度分量評(píng)定

以一個(gè)表前額定壓力為400kPa，額定溫度為20°C，標(biāo)稱(chēng)流量為1.226mL/min的定流量發(fā)生器的校準(zhǔn)為例。用于流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)。校準(zhǔn)記錄如下表所示。

（一）重復(fù)測(cè)量引入的不確定度ur（Er）

由重復(fù)測(cè)量引入的不確定度屬于A類(lèi)不確定度。將定流量發(fā)生器測(cè)量6次，校準(zhǔn)結(jié)果為。

則由重復(fù)測(cè)量引入的不確定度為：

（二）標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端壓力測(cè)量的不確定度ur（Ps）

標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端壓力測(cè)量的不確定度屬于B類(lèi)不確定度，出口端壓力利用壓力變送器進(jìn)行測(cè)量，此次測(cè)量中壓力變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，假設(shè)服從均勻分布，則出口端壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（三）氣體定流量發(fā)生器出口端溫度測(cè)量的不確定度ur（Tm）

氣體定流量發(fā)生器出口端溫度測(cè)量的不確定度屬于B類(lèi)不確定度，出口端溫度利用溫度變送器進(jìn)行測(cè)量，此次測(cè)量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C，假設(shè)服從均勻分布，則定流量發(fā)生器出口端溫度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（四）氣體定流量發(fā)生器出口端壓力測(cè)量的不確定度ur（Pm）

氣體定流量發(fā)生器出口端壓力測(cè)量的不確定度屬于B類(lèi)不確定度，出口端壓力利用壓力變送器進(jìn)行測(cè)量，此次測(cè)量中壓力變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，假設(shè)服從均勻分布，則出口端壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（五）標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端溫度測(cè)量的不確定度ur（Ts）

標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端溫度測(cè)量的不確定度屬于B類(lèi)不確定度，出口端溫度利用溫度變送器進(jìn)行測(cè)量，此次測(cè)量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C，假設(shè)服從均勻分布，則標(biāo)準(zhǔn)裝置出口端溫度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（六）標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度ur（qs）

標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度屬于B類(lèi)不確定度。流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用皂膜式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，其擴(kuò)展不確定度為1.0%，置信概率為95%，包含因子k=2，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

四、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

氣體定流量發(fā)生器不確定度分量匯總表如表2所示。

五、擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：

結(jié)語(yǔ)

本文在氣體定流量發(fā)生器不確定度評(píng)定過(guò)程中，選用的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)裝置為皂膜式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，若選用準(zhǔn)確度等級(jí)更高的鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，則可以降低由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度分量。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJF（津）05-2018《氣體定流量發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》[S].天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院，2018.

[2]JJG640-2016《差壓式流量計(jì)》[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2016.