機械式溫度補償膜式燃氣表示值誤差評定與分析

陳金虎

（晉中市綜合檢驗檢測中心，山西 晉中 030600）

機械式溫度補償燃氣表（以下簡稱溫補燃氣表）屬于容積式氣體流量計。當溫補燃氣表在天氣炎熱或寒冷的戶外工作時，可以有效補償因環境溫度變化而產生的燃氣損耗和修正誤差，保證其計量性能符合規程要求。

根據JJF1059.1-2012《測量不確定度的評定與表示》和JJG（晉）23-2023《機械式溫度補償膜式燃氣表檢定規程》，文章采用晉中市綜合檢驗檢測中心膜式燃氣表檢定裝置在檢定結果中測得的數據，對機械式溫度補償膜式燃氣表示值誤差不確定度評定進行分析。

1 不確定度評定的主要條件

1.1 檢測在規程允許的環境條件下進行

檢定溫度為（20±5）℃；大氣壓力為86～106 kPa；相對濕度為30%～75%。在此次檢測中實際測量溫度為21 ℃，相對濕度為55%RH，大氣壓力為91 kPa。

1.2 測量標準裝置信息

使用的標準裝置為全自動燃氣表檢定裝置，型號為MDKWS12，裝置的不確定度：Urel=0.5%，k=2，測量范圍：0.016～6 m3/h。

1.3 被測對象信息

溫補燃氣表測量范圍為0.025～4 m3/h，最大允許誤差MPE：±1.5%。

1.4 測量過程

利用溫控裝置將檢定環境溫度調至21 ℃，將溫補燃氣表在上述環境條件下溫度平衡12 h后，按程序輸入被測燃氣表信息，隨后發送參數啟動氣泵，升壓至溫補燃氣表最大工作壓力的1.5倍，不間斷持續3 min，觀察是否有泄漏；密封性檢定結束后，啟動真空泵，當噴嘴前后達到一定的背壓比后，開始檢定壓損和示值誤差，電腦記錄被檢表實時的輸出值和相應的燃氣表體積值，并記錄氣溫、壓力、大氣壓力、相對溫度、燃氣表進口端壓力等。按照規程適當選取3個檢定流量點，將流經音速噴嘴處的氣體流量通過溫度壓力換算轉化成氣體實際體積值，與在同一管路上的被檢燃氣表所流轉指示的體積值相比較，從而確定被檢燃氣表的基本誤差，計算其相應不確定度。

2 不確定度評定時溫補燃氣表的檢定方法

在溫補燃氣表的檢定條件達到設定溫度時，在最大流量狀態下預運轉時間不少于1 min，開始檢定的時機應是流經的燃氣體積至少達到溫補燃氣表回轉體積的50倍時進行檢測，多次測得的示值誤差中最大值與最小值相應的差值應小于2%；如果在各個流量點測得的示值誤差符號一致，那么相應示值誤差的絕對值應小于1%。

在進行溫補燃氣表的示值誤差檢定時，應該對最少通氣量有要求，符合計量性能的規定，參考溫補燃氣表最小分度值，一般應不少于最小分度值的200倍，而且在流量檢定點不應少于1 min內流經的燃氣體積量。為了減少相對固定周期性變化帶來的影響，要讓溫補燃氣表的最小位字輪至少轉動一圈，另外在檢定小流量點的過程中，由于檢定時間較長，可以適當減少通氣量，但要確保燃氣示值的準確。

在溫補燃氣表檢定中選取的流量點可分為大流量、中流量和小流量。大流量檢定點選取Qmax，中流量檢定點選取0.2Qmax，小流量檢定點選取范圍在Qmin～3Qmin，為保證量值準確可靠，選擇在每個流量點重復檢定兩次。也可根據實際情況或者因某次檢定數據偏差大，適當增加檢定次數。

3 不確定度評定測量模型

測量模型：

式中：E-單次測量的示值誤差，%；

Vm-被檢燃氣表的示值，L；

Vref-通過燃氣表的氣體實際值標準器的體積值，L。

4 輸入量的標準不確定度的評定

4.1 由示值誤差測量重復性引入的相對標準不確定度分量uA的評定

該相對標準不確定度主要是由于被檢溫補燃氣表的示值誤差測量重復性引起的，采用A類評定方法進行評定，通過測量3塊燃氣表的示值誤差、合并樣本標準偏差來計算示值誤差測量重復性引入的相對標準不確定度。

對3塊G2.5膜式燃氣表，選取Qmax流量點，連續重復測量6次，分別得到測量列，見表1。

表1 對3塊G2.5膜式燃氣表的測量值 單位：%

計算列表，見表2。

表2 對表1測量值的計算列表

由表2得知相對標準不確定度：

選取0.2Qmax流量點，連續重復測量6次，分別得到測量列，見表3。

表3 選取0.2Qmax流量點，重復測量6次的測量值 單位：%

計算列表，見表4。

表4 對表3測量值的計算列表

由表4得知相對標準不確定度：

選取Qmin流量點，連續重復測量6次，分別得到測量列，見表5。

表5 選取Qmin流量點，連續測量的測量值 單位：%

計算列表，見表6。

表6 對表5測量值的計算列表

由表6得知相對標準不確定度：

4.2 由音速噴嘴的流出系數和濕式流量計引入的相對標準不確定度分量ur(Cd)的評定

由檢定證書可知，流出系數的相對擴展不確定度U=0.1 6%，k=2，則由音速噴嘴的流出系數引入的相對擴展不確定度分量為：

由檢定證書可知，濕式流量計的相對擴展不確定度U=0.2 0%，k=2，濕式流量計在Qmin流量點處使用，則由濕式流量計引入的相對標準不確定度分量為：

4.3 由音速噴嘴和濕式流量計前滯止壓力引入的相對標準不確定度分量ur(P0)的評定

由儀器的使用說明書得知絕壓變送器準確度等級為0.2級，可以按均勻分布來考慮，則由音速噴嘴和濕式流量計前滯止壓力引入的相對標準不確定度分量為：

4.4 由音速噴嘴和濕式流量計前滯止溫度引入的相對標準不確定度分量ur(T0)的評定

由上級權威檢定機構出具的溫度變送器校準結果的擴展不確定度為U=0.℃1 ℃1，k=2，則由音速噴嘴和濕式流量計前滯止溫度引入的相對標準不確定度分量為：

4.5 由溫補燃氣表處溫度引入的相對標準不確定度分量ur(T )的評定

由上級權威檢定機構出具的工況指示儀校準結果的擴展不確定度為U=0.℃1 ℃1，k=2，則由溫補燃氣表處溫度引入的相對標準不確定度分量：

4.6 由溫補燃氣表處壓力引入的相對標準不確定度分量ur(P)的評定

由儀器的使用說明書得知絕壓變送器準確度等級為0.2級，可以按均勻分布來考慮，則由溫補燃氣表處壓力引入的相對標準不確定度分量為：

5 不確定度來源分析

標準不確定度匯總表，見表7。

表7 不確定度來源分析表

6 合成標準不確定度的計算

在流量點Qmax：

在流量點0.2Qmax：

在流量點Qmin：

7 相對擴展不確定度的計算

取，k=2，在Qmax、0.2Qmax、Qmin流量點測量的示值誤差的相對擴展不確定度分別為：

8 相對擴展不確定度的報告與表示

溫補燃氣表示值誤差測量結果的相對擴展不確定度為：

9 結論

通過機械式溫度補償膜式燃氣表示值誤差測量結果的不確定度評定的探討研究，規范了評定過程和評定程序，有效避免了在檢定過程中出現的各種不確定性，找出在檢定過程中影響較大的因素，并在以后的實際工作中加以注意和改進，利于計量檢測人員更加科學、公正、嚴謹、高效地開展檢定和校準工作。