壓縮天然氣加氣機(jī)測量結(jié)果的不確定度評定

郭曉微 宋捷（南充市計量測試研究所，四川 南充637000）

壓縮天然氣(簡稱CNG)是將天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中的氣態(tài)產(chǎn)品，縮天然氣主要成分是甲烷(CH4)，可作為汽車燃料替代汽油、柴油。壓縮天然氣作為汽車燃料，具有低污染、低成本等優(yōu)點，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前已在世界得到廣泛應(yīng)用。壓縮天然氣加氣機(jī)是帶有計量計價功能可提供壓縮天然氣燃料充裝的專用設(shè)備，由于壓縮天然氣具有貿(mào)易結(jié)算性，所以壓縮天然氣加氣機(jī)被列入我國強(qiáng)制檢定類計量器具目錄，其生產(chǎn)和使用必需符合相關(guān)法制計量管理要求。

1 檢定背景與條件

1.1 測量依據(jù)

JJG 996-2012《壓縮天然氣加氣機(jī)》

1.2 環(huán)境條件

溫度：（-20～50）℃，濕度：（35～95）%RH，大氣壓：（86～

106）kPa。

1.3 測量設(shè)備

名稱：質(zhì)量流量計（加氣機(jī)檢定裝置）、型號：JJB-25，測量范圍：（1～80）kg/min，準(zhǔn)確度：0.2級

1.4 測量對象

名稱：壓縮天然氣加氣機(jī)、型號：HQHP-JQJ-IC-II、最大允許誤差：±1%

1.5 測量方法

本次實驗采用標(biāo)準(zhǔn)表法；將儲氣罐、被檢加氣機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)流量計串聯(lián)起來，比較被檢加氣機(jī)示值與標(biāo)準(zhǔn)流量計示值，取六次示值誤差的平均值作為該被檢加氣機(jī)的示值誤差。

2 測量過程

2.1 檢定前準(zhǔn)備

本次測量采用常規(guī)試驗方法。檢定前，先檢查現(xiàn)場配套是否齊全，啟動是否正常，被檢加氣機(jī)是否正常工作。核驗加氣機(jī)機(jī)身氣質(zhì)密度和加氣站最近氣質(zhì)報告密度是否一致，若不一致，則先要調(diào)整加氣機(jī)機(jī)身密度，再進(jìn)行下一步檢定操作。

2.2 操作步驟

將加氣機(jī)加氣槍打開，先用被檢加氣機(jī)對整個加氣機(jī)檢定裝置加氣，觀察檢定裝置上精密壓力計示值，計算壓降。將檢定裝置上的加氣槍插入汽車氣罐的加氣口，點擊電腦上“連續(xù)顯示”，打開加氣機(jī)加氣鍵，開始加氣檢定。待加氣結(jié)束后，點擊電腦上“停止顯示”，此時電腦啟動計算加氣機(jī)的示值誤差，將此時的示值誤差計入記錄。檢定結(jié)束后，關(guān)閉被檢裝置加氣槍，將檢定裝置的加氣槍對天排放掉檢定裝置中的氣體，待氣體放空后，取出連接在檢定裝置上的加氣槍，關(guān)閉檢定裝置和電腦電源，將連線去下收回，檢定工作結(jié)束。

3 測量模型

依據(jù)計量檢定規(guī)程JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機(jī)》，用標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定壓縮天然氣加氣機(jī)，根據(jù)規(guī)程，其示值誤差如下：

式中：ΔV—被檢加氣機(jī)的示值誤差 ΔVJ—被檢加氣機(jī)的示值ΔVB—加氣機(jī)檢定裝置的示值

根據(jù)公式（1），被檢加氣機(jī)的示值誤差ΔV的方差和靈敏度系數(shù)如下：

式中靈敏系數(shù)：C(VJ)=1；C(VB)=-1。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分析及評定

4.1 加氣機(jī)檢定裝置的準(zhǔn)確度引入的不確定度分量u1

準(zhǔn)確度引入的不確定度選擇B類評定方法，查詢標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢定證書，加氣機(jī)檢定裝置的準(zhǔn)確度為±0.2%，按照正態(tài)分布計算，取包含因子k=2，所以由標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度u1

估計其比較可靠，取自由度v1=50

4.2 加氣機(jī)檢定裝置的分辨率所引入的不確定度分量u2

加氣機(jī)檢定裝置的分辨率引起的不確定度用B類評定，不確定度區(qū)間±0.007m3，按均勻分布，所以由加氣機(jī)檢定裝置的分辨率所引入的不確定度分量u2

u2=0.0040m3

估計其可靠性約為10%，依據(jù)公式，自由度為：v2=50

4.3 加氣機(jī)分辨率引入的不確定度分量u3

由分辨率引入的不確定度用B類評定，由于可燃?xì)饧託鈾C(jī)的最小分度值為0.01m3，因此每一個讀數(shù)值可能包含的誤差在±0.005m3范圍內(nèi)，假設(shè)按均勻分布計，所以有：

估計其可靠性為10%，依據(jù)公式，自由度為：v3=50

4.4 加氣機(jī)測量重復(fù)性引入的不確定度分量u4

測量重復(fù)性引入的不確定度可用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。為了獲得測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用標(biāo)準(zhǔn)表法，將加氣機(jī)檢定裝置重復(fù)測量10m3點記錄數(shù)值，測得數(shù)據(jù)如下：

單次測量的標(biāo)準(zhǔn)差s按貝塞爾公式計算得到：

序號v2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 Xˉ測量值Xi(m3)10.03 10.02 10.02 10.03 10.03 10.04 10.02 10.03 10.02 10.04 10.028 v=Xi -Xˉ 0.002-0.008-0.008 0.002 0.002 0.012-0.008 0.002-0.008 0.012 0.00004 0.00064 0.00064 0.00004 0.00004 0.00144 0.00064 0.00004 0.00064 0.00144∑0.0056

實際檢定以6次測量值最為測量結(jié)果，則

有效自由度v4=6×(10-1)=54

4.5 合成不確定度的計算

綜上分析所得，可燃?xì)饧託鈾C(jī)的各個不確定度分量匯總表如下：

不確定度分量匯總表

自由度v 50 50 50 54標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1 u2 u3 u4標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)裝置分辨率加氣機(jī)分辨率加氣機(jī)重復(fù)性標(biāo)注不確定度值0.01 0.0040 0.0029 0.0102

根據(jù)公式u=u21+u22+u23+u24（3）

將上面計算所得數(shù)據(jù)代入公式（3），經(jīng)計算得：u=0.0151m3

將上面計算所得數(shù)據(jù)代入公式（4），經(jīng)計算自由度得：v=125

4.6 擴(kuò)展不確定度的計算及報告

取置信概率p=95%，有效自由度veff=125，查t分布表得：

取k=2

計算擴(kuò)展不確定度

u95(ΔV)=k95×uc(ΔV)=2×0.0153=0.03m3

5 報告

壓縮天然氣加氣機(jī)的本次測量示值誤差的擴(kuò)展不確定度

U=0.03m3，k=2

6 結(jié)語

通過上述實驗和計算結(jié)果表明，壓縮天然氣加氣機(jī)檢定裝置滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及計量技術(shù)規(guī)范的要求，可用于壓縮天然氣加氣機(jī)的計量檢定。