差壓式流量計(jì)流量測(cè)量不確定度評(píng)定

馮鑫 周文輝 陳青玉 劉休休

【摘要】差壓式流量計(jì)具有測(cè)量精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、供暖等領(lǐng)域，在環(huán)保節(jié)能減排、流量貿(mào)易結(jié)算等方面發(fā)揮著重要作用。本文以準(zhǔn)確度等級(jí)1.5級(jí)、規(guī)格DN200的標(biāo)準(zhǔn)孔板為例，依據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程JJG 640—2016《差壓式流量計(jì)》建立數(shù)學(xué)模型，分析各類不確定度來(lái)源，對(duì)流量計(jì)流量測(cè)量的不確定度進(jìn)行計(jì)算和評(píng)定，以期為相關(guān)計(jì)量檢定人員提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】差壓式流量計(jì)；流出系數(shù)；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.071

Evaluation of Measurement Uncertainty for the Outflow Coefficient of Differential Pressure FlowMeters

FENG Xin， ZHOU Wenhui， CHEN Qingyu， LIU Xiuxiu

（Henan Institute of Metrology， Zhengzhou 450008， China）

Abstract： Differential pressure flowmeters have advantages such as high measuring accuracy and good reliability. They are widely used in fields such as petroleum， chemical industry， metallurgy， and heating. They play an important role in environmental protection， energy conservation， emission reduction， and flow trade settlement. This article takes a standard orifice plate with an accuracy level of 1.5 and a size of DN200 as an example， and establishes a mathematical model based on the national verification regulations JJG 640—2016 Differential Pressure Flowmeters. It analyzes various sources of uncertainty， calculates and evaluates the uncertainty of flow measurement for flow meters， aiming to provide reference for relevant metrology verification personnel.

Keywords： differential pressure flowmeter； discharge coefficient； uncertainty

0引言

差壓式流量計(jì)廣泛用于石油、化工、冶金和供暖等領(lǐng)域，其測(cè)量值的準(zhǔn)確性和可靠性對(duì)于能源、環(huán)保等行業(yè)至關(guān)重要，且與人民群眾的利益密切相關(guān)。流量計(jì)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性以及適用性，直接影響交易雙方的切身利益。

差壓式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管、三閥組、差壓變送器和顯示儀表組成。其中節(jié)流裝置由標(biāo)準(zhǔn)孔板、ISA1932噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件以及取壓裝置構(gòu)成。差壓變送器是差壓式流量計(jì)中的重要組成部分，它能將節(jié)流裝置的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)。顯示儀表將差壓變送器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)及其他裝置產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，顯示瞬間流量、累計(jì)流量及其他流量。

差壓式流量計(jì)的工作原理為：充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，在節(jié)流件附近造成局部收縮使流速增加，在其上下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓差。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)流動(dòng)連續(xù)原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量的關(guān)系而求得流量。目前，常用的檢定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的方法分為幾何檢測(cè)法、系數(shù)檢測(cè)法、示值誤差檢測(cè)法。根據(jù)JJG 640—2016《差壓式流量計(jì)》中幾何檢測(cè)法的要求可知，影響節(jié)流件檢定的因素主要包括：平面度，工作條件下節(jié)流孔直徑，工作條件下上下游管道內(nèi)徑、厚度，噴嘴總長(zhǎng)度和喉部長(zhǎng)度等。

1測(cè)量方法

依據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程JJG 640—2016，利用幾何檢測(cè)法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差壓式流量計(jì)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。本次以一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)、規(guī)格為DN200的標(biāo)準(zhǔn)孔板為例進(jìn)行評(píng)定。

2建立測(cè)量模型

2.1數(shù)學(xué)模型

3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析

不確定度的主要來(lái)源有：1）管道內(nèi)徑測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度；2）孔板開孔直徑重復(fù)測(cè)量引入的不確定度；3）流體流出系數(shù)C引入的不確定度；4）β值引入的不確定度。

4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計(jì)算

4.1管道內(nèi)徑D的不確定度評(píng)定

4.2孔板開孔直徑d的不確定度評(píng)定

分別對(duì)孔板開孔直徑d進(jìn)行測(cè)量，在不同的徑向測(cè)量6次，得到下列數(shù)據(jù)：96.788、96.792、96.784、96.788、96.789、96.781 mm。板開孔直徑d的不確定度為：

5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6結(jié)束語(yǔ)

本文以準(zhǔn)確度等級(jí)1.5級(jí)、規(guī)格DN200的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)為例，在特定的溫度、大氣壓力條件下進(jìn)行了流量計(jì)測(cè)量不確定度評(píng)定。通過本次評(píng)定可以得出，除去差壓式流量計(jì)檢定裝置自身的影響，生產(chǎn)廠家提供計(jì)算書中流出系數(shù)的分量對(duì)整個(gè)差壓式流量計(jì)測(cè)量不確定度的影響較大。因此，在日常的檢定校準(zhǔn)工作中，應(yīng)保證生產(chǎn)廠家使用正確的材質(zhì)及較高的生產(chǎn)工藝，確保管道內(nèi)徑、開孔直徑等參數(shù)的準(zhǔn)確性，盡可能減小標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件本身引入的流出系數(shù)分量，從而保證整個(gè)不確定度評(píng)定的準(zhǔn)確性。

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【作者簡(jiǎn)介】

馮鑫，男，1986年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)榱髁坑?jì)量。

（編輯：李加鵬）