JJF 2033-2023 孔口流量计校准规范.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 3 32 0 2 3孔口流量计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rO r i f i c eF l o w m e t e r s 2 0 2 3-0 3-1 5发布2 0 2 3-0 9-1 5实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布孔口流量计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rO r i f i c eF l o w m e t e r sJ J F2 0 3 32 0 2 3 归 口 单 位:全国流量计量技术委员会 主要起草单位:湖北省计量测试技术研究院中国计量科学研究院河北省计量监督检测研究院 参加起草单位:青岛崂应环境科技有限公司武汉市天虹仪表有限责任公司 本规范委托全国流量计量技术委员会负责解释J J F2 0 3 32 0 2 3本规范主要起草人:万丽芬(湖北省计量测试技术研究院)高 峰(中国计量科学研究院)牛立娜(河北省计量监督检测研究院)参加起草人:关 瑜(青岛崂应环境科技有限公司)范新峰(武汉市天虹仪表有限责任公司)尹彦臻(湖北省计量测试技术研究院)戚润东(中国计量科学研究院)J J F2 0 3 32 0 2 3目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 术语(1)3.2 计量单位(1)4 概述(2)4.1 工作原理(2)4.2 组成(2)4.3 用途(3)5 计量特性(3)5.1 示值误差(3)5.2 重复性(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准介质(3)6.3 测量标准及配套设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果的表达(7)9 复校时间间隔(7)附录A 孔口流量计校准原始记录(8)附录B 示值误差不确定度评定(9)附录C 流量计系数的不确定度评定(1 3)附录D 校准证书内页信息(1 5)J J F2 0 3 32 0 2 3引 言J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范制定工作的基础性文件。本规范参照国际建议O I MLR 1 3 7-1&2:2 0 1 2 气体流量计(G a sm e t e r s)和J J G6 4 02 0 1 6 差压流量计,并结合我国孔口流量计的技术水平及行业现状编制而成。本规范为首次发布。J J F2 0 3 32 0 2 3孔口流量计校准规范1 范围本规范适用于孔口流量计(以下简称流量计)的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G6 4 02 0 1 6 差压式流量计J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 0 4 流量计量名词术语及定义J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示G B/T2 6 2 4.12 0 0 6 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第1部分:一般原理和要求G B/T2 6 2 4.22 0 0 6 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第2部分:孔板H J9 32 0 1 3 环境空气颗粒物(PM 1 0和PM 2.5)采样器技术要求及检测方法H J/T3 6 82 0 0 7 标定总悬浮颗粒物采样器用的孔口流量计技术要求及检测方法H J/T3 7 42 0 0 7 总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法O I MLR 1 3 7-1&2:2 0 1 2 气体流量计(G a sM e t e r s)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和定义3.1 术语J J F1 0 0 1、J J F1 0 0 4界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1.1 差压 d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e气体通过孔口前后的压力差值。3.1.2 孔口流量计 o r i f i c e f l o wm e t e r s以孔口为节流件,通过大气压和取压孔处压力的差值以确定体积流量的一种气体流量计。3.1.3 流量计系数 m e t e r f a c t o r与流量测量有关,为修正仪器测量误差而设定的系数。3.2 计量单位3.2.1 体积单位:升,符号L,或立方米,符号m3。3.2.2 流量单位:升每分钟,符号L/m i n,或立方米每分钟,符号m3/m i n;或立方米每小时,符号m3/h。1J J F2 0 3 32 0 2 33.2.3 压力单位:帕 斯卡,符号P a,或千帕,符号k P a。3.2.4 温度单位:摄氏度,符号,或开 尔文,符号K。3.2.5 时间单位:小时,符号h;或分钟,符号m i n;或秒,符号s。4 概述4.1 工作原理流量计用于气体体积流量的测量。流量计是以伯努利方程和流动连续性方程为依据,当被测气体流经节流件时,其下游的压力产生变化,与大气压产生差压,根据差压、流体密度等,由公式(1)得到气体的体积流量。q=K d242 p(1)式中:q 流量计瞬时体积流量,m3/h;K 流量系数;可膨胀系数;d 节流件的开孔直径,mm;p 孔口前后差压值,P a;流体密度,k g/m3。设Kx=K 2 d24,则公式(1)可记为:q=Kx p。流量计常用模型公式:q=Kx p和q=Kx p+b。流量与差压的开方呈线性关系,Kx和b为流量计系数,用于修正流量计测量误差(b通常用于流量计校零)。4.2 组成流量计由一次装置(包括节流件、取压孔和后端直管段)和二次装置(差压传感器、绝压传感器、温度传感器、微处理器、显示部分等)组成(如图1所示)。二次装置中差压传感器用于测量流量计两端的差压值(正端接大气、负端接流量计取压孔);绝压传感器和温度传感器为选配件,绝压传感器用于测量环境大气压,温度传感器用于测量环境温度。2J J F2 0 3 32 0 2 3图1 流量计的组成4.3 用途流量计主要用于测量颗粒物采样器等的气体体积流量,广泛应用于环保等领域中。5 计量特性5.1 示值误差流量计的准确度等级和最大允许误差通常用表1表示。表1 准确度等级和最大允许误差准确度等级1.01.5最大允许误差1.0%1.5%5.2 重复性流量计的重复性不得超过最大允许误差绝对值的1/3。注:以上指标不适用于合格性判定,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(54 5);6.1.2 相对湿度:8 5%;6.1.3 大气压:一般为(8 61 0 6)k P a;6.1.4 无明显的电磁干扰、无明显的机械振动。6.2 校准介质校准介质应为洁净空气。6.3 测量标准及配套设备测量标准及配套设备均应有有效的检定/校准证书。3J J F2 0 3 32 0 2 36.3.1 测量标准测量标准可选用临界流喷嘴气体流量标准装置、标准表法气体流量标准装置等,其流量范围应与被校流量计的流量范围相适应,其扩展不确定度应不大于被校流量计最大允许误差绝对值的1/3。6.3.2 配套设备主要配套设备应满足表2要求。表2 配套设备序号设备名称技术要求用途1温度测量仪表MP E:0.2测量标准器处气体温度和流量计处气体温度、环境温度2压力测量仪表不低于0.2级测量标准器处压力3气压计MP E:2 5 0P a测量大气压力4湿度计MP E:5%RH测量环境相对湿度7 校准项目和校准方法7.1 校准项目表3 校准项目一览表序号校准项目1示值误差/流量计系数2重复性7.2 校准方法7.2.1 校准前的检查检查流量计的铭牌或产品标识,应有产品名称、型号/规格、流量范围、准确度等级或最大允许误差、出厂编号、制造单位等信息。流量计显示的符号和标识应清晰、完整。7.2.2 示值误差/流量计系数根据流量计的使用原理,通常采用负压法对其进行校准,示意图分别见图2、图3。当气源稳定至设定流量后,气体通过节流件流经流量计,经标准装置后排出。4J J F2 0 3 32 0 2 3图2 用临界流喷嘴气体流量标准装置校准流量计示意图Ts标准器处的温度;Tm被校流量计处的温度ps标准器处的压力;pm被校流量计处的压力图3 用标准表法气体流量标准装置校准流量计示意图Ts标准器处的温度;Tm被校流量计处的温度ps标准器处的压力;pm被校流量计处的压力7.2.2.1 校准前的准备a)安装流量计的安装应符合使用说明书的要求,流量计进气端直通大气,出气端与气体流量标准装置相连。试验管道与流量计的公称直径应保持一致,确保同轴安装;流量计各部件不得漏气,且与试验管路的连接在校准压力下应无泄露。流量计取压孔与二次装置负端相连;取压管与取压孔公称直径保持一致,不得凸入流体管道中,不得缠绕。确保流量计与实验室的温度一致方可进行校准。b)校零未通气前,对流量计进行校零,确保零流量状态下差压为零。c)设置环境温度和大气压未配置绝压传感器或温度传感器的流量计,手动输入环境大气压或环境温度,已配置的流量计无需手动设置。7.2.2.2 校准流量点及次数在流量计流量范围内,一般选取最大流量qm a x、常用流量q0、最小流量qm i n3个流5J J F2 0 3 32 0 2 3量点进行校准。每个流量点至少校准3次。测量体积应不少于流量计在校准流量下运行1m i n对应的体积量。7.2.2.3 校准程序调节流量至校准流量点,使其不超过设定流量的5%,且不超出流量计的流量范围,运行稳定后开始校准。在校准中,记录通过标准器和被校流量计处的气体压力、温度,被校流量计处压力取环境大气压,温度取环境温度。被校流量计处测压和测温位置应尽量接近被校流量计且不得影响进气。单次校准过程中,环境温度的变化应不超过0.5。流量计瞬时流量的读取采用间歇读数方法,一次校准过程中有效读数次数不得少于6次,取其平均值作为该次校准的瞬时流量值。7.2.2.4 数据处理按公式(2)将标准器的瞬时流量换算到被校流量计处状态下:qs=TmTspspmqs 0(2)式中:qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qs 0 标准器的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;Ts 标准器处的热力学温度,K;Tm 被校流量计处的热力学温度,K;ps 标准器处的绝对压力,P a;pm 被校流量计处的绝对压力,P a。7.2.2.5 示值误差及重复性计算各流量点的示值误差为多次独立测量误差的算术平均值,单次的示值误差按公式(3)计算:Ei j=(qm)i j-(qs)i j(qs)i j1 0 0(3)式中:Ei j 第i校准点第j次校准时被校流量计的相对示值误差,%;(qm)i j 第i校准点第j次校准时流量计的瞬时流量值(为一次校准过程中多次读取的瞬时流量值的平均),L/m i n或m3/h;(qs)i j 第i校准点第j次校准时标准器换算到流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h。每个流量点的平均示值误差按公式(4)计算:Ei=1nnj=1Ei j(4)式中:Ei 第i个流量点的平均示值误差,%;n 第i个流量点的校准次数。6J J F2 0 3 32 0 2 3每个流量点的重复性按公式(5)计算:Eri=1(n-1)nj=1(Ei j-Ei)212(5)式中:Eri 第i个流量点的重复性,%。7.2.2.6 流量计系数修正如流量计系数需修正,应采用以下方法:当流量计在流量范围内仅有一个流量计系数,一般选取q0流量点进行校准,流量计系数修正时通常按公式(6)进行(实际以流量计说明书为准)。Kx=qsqmKx(6)式中:Kx 校准后流量计系数;qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qm 被校流量计的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;Kx 校准前流量计系数。当流量计被校流量点均有对应的流量计系数,需按公式(6)对每个流量点进行流量计系数修正。流量计系数修正后,需按7.2.2.27.2.2.5再次进行校准,并将新的示值误差和重复性作为校准结果。8 校准结果的表达校准完成后按照本规范给出校准结果,出具相应的校准证书。示值误差不确定度评估方法见附录B。流量计系数不确定度评估方法见附录C。校准证书内页信息见附录D。9 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素决定,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。7J J F2 0 3 32 0 2 3书 书 书?8J J F2 0 3 32 0 2 3附录B示值误差不确定度评定B.1 示值误差不确定度评定示例流量计流量范围为(8 01 2 0)L/m i n,根据本规范的校准方法,以1 0 0L/m i n校准点为例,对流量计示值误差进行校准。B.2 测量标准及配套设备B.2.1 测量标准名称:临界流喷嘴气体流量标准装置;准确度等级/不确定度:Ur=0.3 0%(k=2);流量范围:(170 0 0)m3/h。B.2.2 配套设备配套设备见表B.1。表B.1 配套设备序号设备名称不确定度/准确度等级/最大允许误差测量范围1温度变送器U=0.2K(k=2)(05 0)2温度计U=0.2K(k=2)(05 0)3空盒气压表MP E:2 5 0P a(8 61 0 6)k P a4绝压变送器0.1级(02 0 0)k P a5温湿度表MP E:5%RH(1 0%9 0%)RHB.3 测量模型示值误差的计算公式如下:E=qm-qsqs1 0 0(B.1)式中:E 被校流量计的相对示值误差,%;qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qm 被校流量计的瞬时流量值,L/m i n或m3/h。其中:qs=TmTspspmqs 0(B.2)式中:qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qs 0 标准器的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;9J J F2 0 3 32 0 2 3Ts 标准器处的热力学温度,K;Tm 被校流量计处的热力学温度,K;ps 标准器处的绝对压力,P a;pm 被校流量计处的绝对压力,P a。B.4 示值误差合成标准不确定度由公式(B.1),合成标准不确定度为:uc(E)=cqmu(qm)2+cqsu(qs)2(B.3)cqm=Eqm=1qs cqs=Eqs=-qmq2s(B.4)uc(E)=1qsu(qm)2+-qmq2su(qs)2=qmqsu(qm)qm2+-qmqsu(qs)qs2=(E+1)u(qm)qm2+-(E+1)u(qs)qs2=(E+1)u2r(qm)+u2r(qs)(B.5)公式(B.2)为乘除关系,各输入量的不确定度间不相关,即用ur(qs 0)、ur(pm)、ur(Tm)、ur(ps)、ur(Ts)分别表示qs 0、pm、Tm、ps、Ts的相对标准不确定度。因此用相对不确定度计算其相对合成标准不确定度:ur(qs)=u2r(qs 0)+u2r(ps)+u2r(Tm)+u2r(pm)+u2r(Ts)(B.6)由公式(B.5)和公式(B.6)得到:uc(E)=(E+1)u2r(qm)+u2r(qs 0)+u2r(ps)+u2r(Tm)+u2r(pm)+u2r(Ts)(B.7)B.5 不确定度评定B.5.1 测量重复性引入的标准不确定度ur(qm)在相同条件下,对流量计常用流量点q0(1 0 0L/m i n)进行6次重复性测量,示值误差见表B.2。表B.2 6次测量的示值误差次数123456示值误差/%0.5 00.5 40.5 10.5 90.5 20.6 0 根据贝塞尔公式计算重复性:Eri=1(n-1)nj=1(Ei j-Ei)212=0.0 4%(B.8)实际校准时测量3次,取3次误差平均值作为该流量点的示值误差,则由流量计测量重复性引入的标准不确定度为:ur(qm)=Eri3=0.0 2%(B.9)01J J F2 0 3 32 0 2 3 流量计的分辨力为0.0 1L/m i n,由分辨力引入的标准不确定度远小于由测量重复性引入的标准不确定度,因此可忽略不计。B.5.2 临界流喷嘴气体流量标准装置引入的标准不确定度分量ur(qs 0)由校准证书得到,临界流喷嘴气体流量标准装置的相对扩展不确定度Ur=0.3 0%(k=2),则标准装置引入的标准不确定度为:ur(qs 0)=Ur/k=0.1 5%(B.1 0)B.5.3 流量计处压力测量引入的标准不确定度分量ur(pm)流量计处压力为大气压,由空盒气压表测得。根据检定证书得到,空盒气压表的最大允许误差为2 5 0P a,校准时大气压力pm为1 0 0.2k P a,按均匀分布,则流量计处压力测量引入的标准不确定度为:ur(pm)=0.2 531 0 0.20.1 4%(B.1 1)B.5.4 流量计处温度测量引入的标准不确定度分量ur(Tm)流量计处温度为环境温度,根据校准证书得到,温度计的扩展不确定度为Utm=0.2K(k=2),校准时流量计处温度tm为2 3.9,则流量计处温度测量引入的标准不确定度为:ur(Tm)=Utm(2 7 3.1 5+tm)2=0.0 3%(B.1 2)B.5.5 标准装置处压力测量引入的标准不确定度分量ur(ps)根据检定证书得到,绝压变送器的准确度等级为0.1级,测量范围为(0 2 0 0)k P a,校准时标准装置处压力为1 0 0.5k P a,按均匀分布,则标准装置处压力测量引入的标准不确定度为:ur(ps)=0.1%2 0 01 0 0.5 30.1 1%(B.1 3)B.5.6 标准装置处温度测量引入的标准不确定度分量ur(Ts)根据校准证书得到,温度变送器的扩展不确定度为Uts=0.2K(k=2),校准时标准装置处温度ts为2 4.8,则标准装置处温度测量引入的标准不确定度为:ur(Ts)=Uts(2 7 3.1 5+ts)2=0.0 3%(B.1 4)标准不确定度分量汇总表见表B.3。表B.3 标准不确定度分量汇总表序号不确定度来源分布标准不确定度分量1测量重复性引入的标准不确定度ur(qm)0.0 2%2临界流喷嘴气体流量标准装置引入的标准不确定度分量ur(qs 0)正态分布0.1 5%11J J F2 0 3 32 0 2 3表B.3(续)序号不确定度来源分布标准不确定度分量3流量计处压力测量引入的标准不确定度分量ur(pm)均匀分布0.1 4%4流量计处温度测量引入的标准不确定度分量ur(Tm)正态分布0.0 3%5标准装置处压力测量引入的标准不确定度分量ur(ps)均匀分布0.1 1%6标准装置处温度测量引入的标准不确定度分量ur(Ts)正态分布0.0 3%B.5.7 合成标准不确定度合成标准不确定度按公式(B.1 5)计算:uc(E)=(E+1)u2r(qm)+u2r(qs 0)+u2r(ps)+u2r(Tm)+u2r(pm)+u2r(Ts)=0.3 7%(B.1 5)B.6 示值误差的扩展不确定度流量计示值误差的扩展不确定度为:U(E)=k uc=0.7 4%(k=2)21J J F2 0 3 32 0 2 3附录C流量计系数的不确定度评定C.1 流量计系数不确定度评定示例流量计流量范围为(8 01 2 0)L/m i n,根据本规范的校准方法,以1 0 0L/m i n校准点为例,对流量计系数进行校准。C.2 测量标准及配套设备见附录B.2。C.3 测量模型Kx=qsqmKx(C.1)式中:Kx 校准后流量计系数;qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qm 被校流量计的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;Kx 校准前流量计系数。其中:qs=TmTspspmqs 0(C.2)式中:qs 标准器换算到被校流量计处状态的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;qs 0 标准器的瞬时流量值,L/m i n或m3/h;Ts 标准器处的热力学温度,K;Tm 被校流量计处的热力学温度,K;ps 标准器处的绝对压力,P a;pm 被校流量计处的绝对压力,P a。C.4 流量计系数合成标准不确定度由公式(C.1),合成标准不确定度为:ur(Kx)=cr(qs)ur(qs)2+cr(qm)ur(qm)2(C.3)cr(qs)=1 cr(qm)=-1(C.4)ur(Kx)=u2r(qs)+u2r(qm)(C.5)公式(C.2)为乘除关系,各输入量的不确定度间不相关,即用ur(qs 0)、ur(pm)、ur(Tm)、ur(ps)、ur(Ts)分别表示qs 0、pm、Tm、ps、Ts的相对标准不确定度。因此用相对不确定度计算其相对合成标准不确定度:ur(qs)=u2r(qs 0)+u2r(ps)+u2r(Tm)+u2r(pm)+u2r(Ts)(C.6)由公式(C.5)和公式(C.6)得到:31J J F2 0 3 32 0 2 3ur(Kx)=u2r(qm)+u2r(qs 0)+u2r(ps)+u2r(Tm)+u2r(pm)+u2r(Ts)(C.7)不确定度评定过程同附录B。41J J F2 0 3 32 0 2 3附录D校准证书内页信息校准证书内页格式证书编号:环境条件及地点温度校准地点相对湿度%大气压力k P a校准介质主标准器名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差型号规格编号证书号有效期至校准依据J J F2 0 3 32 0 2 3校准结果流量计瞬时流量值()标准瞬时流量值()示值误差%重复性%扩展不确定度U(k=2)校准后流量计系数校准前流量计系数 下次送校请带此证书。51J J F2 0 3 32 0 2 3