宽量程膜式燃气表检定过程不确定度评定.pdf

第43 卷第9 期2023年9 月燃气设备与材料煤气与热力GAS&HEATVol.43No.9Sep.2023宽量程膜式燃气表检定过程不确定度评定权亚强，吴岳飞，侯雪丹（成都秦川物联网科技股份有限公司，四川成都6 1 0 1 0 0）摘要：对在宽量程膜式燃气表示值相对误差测量过程中影响测量结果的不确定因素进行了逐项分析评定及合成。采用JJF10942002测量仪器特性评定或0 IMLR137-1&2:2012气体流量计的规定对示值相对误差进行符合性评定，可使检定结论更为客观。关键词：宽量程膜式燃气表；检定；示值相对误差；不确定度中图分类号：TU996.71概述由JJF10012011通用计量术语及定义第9.17条可知，计量器具检定是查明和确认测量仪器符合法定要求的活动，它包括检查、加标记和（或)出具检定证书。贸易结算用的家用燃气表是被国家质检总局列人强制检定目录的工作计量器具，并且限期使用，到期更换。家用燃气表须经检定机构检定合格后方可投入使用。燃气表计量的准确性直接关系到企业经济效益和用户利益，若计量失准将会引起计量纠纷，因此燃气表的检定是一项非常重要的工作。燃气表计量结果准确性可通过对检定过程的测量不确定度进行分析得到。宽量程膜式燃气表（简称膜式燃气表）是指通过降低最小流量和（或）降低分界流量而实现更宽量程的膜式燃气表，其检定过程可参照JJG577一2012膜式燃气表。由于检定过程所使用的标准装置具有一定的不确定度，如果直接采用JG577一2 0 1 2 规定的界限判定，就会使一些处于不确定区域的产品流出，造成质量风险。本文提出在膜式燃气表的检定中应考虑影响测量结果的不确定因素，只有这样才能使检定结论更为科学合理。2测量模型及不确定度传播律2.1测量模型文献标志码：B标准装置对被检表进行检定。其原理是，在真空泵的抽吸作用下，检测介质（实验室环境空气）依次流经串联的被检燃气表和临界流文丘里喷嘴标准器（简称标准器），可得被检燃气表示值和标准器示值,对两者进行计算即可得出示值相对误差。示值相对误差的计算式为：Vind-Vefe=Vref式中e示值相对误差Vind一燃气表示值，LVirel标准器示值，L2.2不确定度传播律根据不确定度传播律，有以下关系1 1 8：u(e)=ciu(Vind)+ciu(Ver)式中u(e)示值相对误差的标准不确定度C1燃气表示值的灵敏系数u（Vi ma）燃气表示值的标准不确定度C2一标准器示值的灵敏系数u(Vrer）一标准器示值的标准不确定度灵敏系数计算式为：deCi=aVimdVref文章编号：1 0 0 0-441 6(2 0 2 3)0 9-0 B32-04目前常采用负压法临界流文丘里喷嘴式燃气表(1)(2)1(3)第一作者简介：权亚强，男，高级工程师，本科，主要从事燃气计量技术标准制定研究以及智能燃气表开发设计工作。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 8；修回日期：2 0 2 3-0 3-1 4 B32W将式(3)和式(4)代人式(2),且令u（Vi n d）=u(Vind)u(Vrer)Vind,u.(Vre(e+1)/u?(Vind)+u(Vrer)式中u.(Via)焕燃气表示值的相对标准不确定度u.(Vrer)一标准器示值的相对标准不确定度3示值相对误差测量不确定度评定标准不确定度按其评定方法分为A类评定和B类评定。根据实际情况，可只有A类评定不确定度分量，也可只有B类评定不确定度分量，也可两者兼有。测量次数几123实验标准偏差按极差法计算 1 1 3：S=C式中SeRC极差系数,为1.6 9极差计算式为：eR=emax-emin式中emaxemin示值相对误差A类标准不确定度为：ua(e)=s式中（e）示值相对误差 A类标准不确定度3个流量点的计算结果见表2。由表2 可知,6、0.25.0.016m/h流量点的uA（e)分别为0.0 5 3%、权亚强，等：宽量程膜式燃气表检定过程不确定度评定deaVrerC2得：VindV2ref表1 膜式燃气表3 个流量点测量数据及示值相对误差6m/h流量点Vina/LViel/L40.00040.25840.00040.29440.00040.274eR实验标准偏差极差有限次独立重复测量中的示值相对误差最大值有限次独立重复测量中的示值相对误差最小值(8)B33 第43 卷第9 期依据JJF1059.12012测量不确定度评定与(4)ref(5)0.25m/h流量点e/%Vina/L-0.6440.000-0.7340.000-0.6840.0000.077%,0.630%。(6)流量点示值相对误差平-0.68均值/%实验标准偏差/%示值相对误差A类标(7)0.053准不确定度/%3.2示值相对误差测量不确定度的B类评定示值相对误差测量不确定度的B类评定分为Vind测量不确定度的B类评定和Vrer测量不确定度的B类评定。B类相对标准不确定度 ug 计算式为 1 1 5:UB=-式中B-B类相对标准不确定度a被测量可能值区间的半宽度表示中图1,评定测量不确定度的一般流程为：分析不确定度来源和建立测量模型一评定标准不确定度计算合成标准不确定度确定扩展不确定度一报告测量结果。示值相对误差测量不确定度的评定主要内容是计算示值相对误差标准不确定度。3.1示值相对误差测量不确定度的A类评定JJG5772012第7.3.4.2 款规定，燃气表检定流量点一般为小流量、中流量和大流量，每个流量点至少检定1 次。取1 台膜式燃气表,选择最大流量max（6m/h）、分界流量g（0.2 5 m/h）、最小流量qmm（0.0 1 6m/h)作为测量点,进行连续3 次重复测量。燃气表分度值为0.2 L,在6.0.2 5 m/h流量点，通气量取燃气表分度值的2 0 0 倍即40 L。在0.0 1 6 m/h流量点,通气量取最小位字轮转1 圈体积，即1 0 L。3个流量点测量数据及示值相对误差见表1。0.016m/h流量点Ver/Le/%39.7730.5739.7540.6239.7220.70表2 3 个流量点计算结果6 m/h0.25m/h0.016 m/h0.63-0.780.0530.0770.077aVina/L10.00010.00010.000Vrer/L10.08910.01910.128e/%0.88-0.19-1.260.6300.630(9)第43 卷第9 期k一包含因子区间半宽度一般根据以下信息确定：以前测量的数据；对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；生产厂提供的技术说明书；校准证书、检定证书或其他文件提供的数据；手册或某些资料给出的参考数据;检定规程、校准规范或测试标准中给出的数据；其他有用的信息等。Vi m 引人的B类相对标准不确定度被检燃气表的分度值为0.2 L,则区间半宽度为0.1%。按均匀分布考虑,h=/3,由式(9)可得Vima引人的B类相对标准不确定度（即燃气表示值的相对标准不确定度）u（Vi n d）为0.0 5 7 7%。Vr e r 引入的相对标准不确定度Vrer引入的相对标准不确定度分为标准装置引人的相对标准不确定度ur,eqp和标准装置泄漏引人的相对标准不确定度 ur,leak。a.标准装置引人的相对标准不确定度标准装置经中国测试技术研究院检定合格，证书给出其相对扩展不确定度为0.5%。取=0.5%,k=2,由式(9)可得ur,ep为0.2 5%。b.标准装置泄漏引人的相对标准不确定度在检定中，由于存在管路泄漏使得实际流经标准装置的气体流量增加。为使检定结果可靠,对于由泄漏引入的不确定度应设置上限。假设标准装置引人的不确定度分为计量标准器（声速喷嘴和计量软件系统）、压力、温度、泄漏和其他共5 个方面等概率的不确定度分量。检定时,采用的标准装置的不确定度应不超过示值相对误差限值IMPEv的1/3，此时标准装置泄漏引人的不确定度应不超过IMPEV的1/1 5。笔者及团队为所使用的标准装置规定的泄漏检测工艺指标在6.0.2 5、0.0 1 6 m/h流量点的泄漏系数上限Lupper分别为0.0 1%、0.0 8%、0.1 8%，均满足上述要求。取=Lupper,k=/3。由式(9)可得在6、0.25.0.016m/h流量点的ur.leak分别为0.0 0 5 8%、0.046 2%,0.103 9%。c.u,(Vrer)的计算Ver引入的相对标准不确定度（即标准器示值的相对标准不确定度)计算式为：(10)式中ur,ep标准装置引人的相对标准不确定度煤气与热力ur,leak由式（1 0）可得6、0.2 5、0.0 1 6 m/h流量点的u.(Vref)分别为0.2 5%、0.2 5%、0.2 7%。示值相对误差B类标准不确定度由式（5）可得6、0.2 5、0.0 1 6 m/h流量点的示值相对误差B类标准不确定度ug（e）分别为0.25%,0.26%,0.27%。3.3元示值相对误差合成标准不确定度的评定示值相对误差合成标准不确定度计算式为：u.(e)=/u(e)+ug(e)(11)式中u。（e)一示值相对误差合成标准不确定度将6、0.2 5、0.0 1 6 m/h流量点的相关数据代人式（1 1），可得各流量点的示值相对误差合成标准不确定度u（e)分别为0.2 6%、0.2 7%0.6 9%。3.4示值相对误差扩展不确定度示值相对误差扩展不确定度计算式 1 2 3 为：U=ku.(e)式中U一一示值相对误差扩展不确定度在置信概率为9 5%的情况下,取包含因子k=2。6.0.2 5.0.0 1 6 m/h流量点的示值相对误差扩展不确定度U分别为0.5 2%、0.5 4%、1.40%。4测量结果的合格评价流量记为9。JJG5772012规定在流量高区（q q q m a x），示值相对误差限值|MPEv为1.5%；在流量低区（qminqqt），示值相对误差限值IMPEV为3%。4.1通用仪器判别方法如果采用通用的测量仪器评价标准进行评价，按照JJF10942002测量仪器特性评定第5.3.1.4款和第5.3.1.6 款对上述不确定度进行符合性评定。例如，在分界流量点0.2 5 m/h处评定的U为0.5 4%，大于流量高区所要求的示值相对误差限值的1/3，此时判定标准为：当e满足式（1 3）时,判为合格；当e满足式(1 4)时,判为不合格；当e满足式(1 5)时,判为待定。-IMPEv+UeIMPEV-UlelIMPEv+UIMPEV-Ule|IMPEv+U将数据代人公式（1 3）可得该流量点3 次独立测量的e均满足此要求，可判定被检燃气表在该流B标准装置泄漏引人的相对标准不确定度(12)(13)(14)(15)Gas MeterW量点的e合格。如果要继续判定处于待定的e是否合格，需更高等级的计量标准进行检定，在一般的验收中依据合同而定。4.2国际建议判别方法按照国际建议0 IMLR137-1&2:2012气体流量计进行评价，当某流量点评定的U不大于相应流量范围的IMpEv的1/3 时,判定标准与JJF10942002规定的判定准则相同。当U大于相应流量范围的IMPEv的1/3 时，需根据0 IMLR137-1&2:2012第11.1.2条的规定，在满足U不大于IMPEv的前提下,e合格的判定区间为 -/lmrev+U.g/rev例如,在分界流量点0.2 5 m/h处评定的U为0.54%,大于流量高区所要求的示值相对误差限值IMpEv的1/3,此时e 合格的判定区间为-1.46%，1.46%。由表1 可知该流量点3 次独立测量的e均满足此要求,由此可判定被检燃气表在该流量点的e合格。同理可判断出膜式燃气表在最大流量点6 mh和最小流量点0.0 1 6 m/h的e均合格,则该被检燃气表示值相对误差判为合格。5结束语从膜式燃气表示值相对误差测量结果的不确定度评定入手，分析和评定了各分量来源的不确定度，权亚强，等：宽量程膜式燃气表检定过程不确定度评定第43 卷第9 期并将其合成得到扩展不确定度，按照JJF1094一2002或0 IMLR137-1&2:2012的规定对示值相对误差进行判定。认为采用此判定方法能增加检定结论的客观性。参考文献：1江苏省计量科学研究院，中国计量科学研究院，北京理工大学，等，测量不确定度评定与表示：JJF1059.12012S.北京：中国质检出版社，2 0 1 3.Evaluation of Uncertainty in VerificationProcess of Wide-range DiaphragmQUANYaqiang,WUYuefei,HOU XuedanAbstract:The uncertainty factors affecting themeasurement results during the measurement of the rel-ative error of indication of wide-range diaphragm gasmeter are analyzed,evaluated and synthesized item byitem.Using Evaluation of the Characteristics of Measur-ing Instruments（JJF 1 0 9 4-2 0 0 2）o r G a s Me t e r s(0IML R 137-1&2:2012)to evaluate the compli-ance of the relative error of the indication can make theverification conclusion more objective.Key words:wide-range diaphragm gas meter;verification;relative error of indication;uncertainty（本文责任编辑：林国真）第十五届中国土木工程詹天佑奖获奖工程：上海迪士尼度假区 B35.