气体质量流量现场校准装置不确定度分析评定

　　1　校准装置基本工作原理

　　气体质量流量现场校准装置由标准音速喷嘴、管路系统、压力测量系统、温度测量系统、湿度测量系统、数据采集系统、控制及微机信号处理系统组成。根据流量连续性原理,将被校设备和标准装置串联在一起,通过数据采集器采集流经音速喷嘴的压力、温度以及湿度值,计算出标准流量,与被校流量系统的流量值相比较,实现现场气体质量流量的动态校准。装置工作原理如图1所示。

　　2　不确定度来源分析

　　从工作原理图知,影响测量不确定度的因素有压力测量系统(由绝压传感器和数据采集器组成)、温度测量系统(由温度传感器和数据采集器组成)、湿度测量系统(由湿度传感器和数据采集器组成)、标准音速喷嘴等,另外,对于气体流量的现场校准,测量结果的稳定性和重复性指标相较于示值来说,显得更为重要,故应考虑气源压力波动和流量测量重复性所引入的不确定度分量。图2给出了本文不确定度分析评定的各项来源。

　　3　不确定度评定

　　3·1　数学模型

　　气体质量流量计算公式

式中:Qg为标准音速喷嘴测定的流量, kg/h;p为标准音速喷嘴前滞止绝对压力, kPa;T为标准音速喷嘴前滞止绝对温度, K;Kφ为气体湿度修正系数;k为标准音速喷嘴的流量系数,k由下式计算:

式中:Φ为临界流函数等有关系数; Cd为流出系数;ΔCd为流出系数的修正值;E为与粘度有关的系数。

式中,Φ, Cd,ΔCd,E值由标准音速喷嘴检定证书给出,且证书上给出了流量系数k=0·25% F·S的数值计算,在一定流量点,k值是一个定值。

　　Kφ由下式计算

式中:φ为标准音速喷嘴入口前相对湿度;pa为标准音速喷嘴入口前气体饱和水蒸气压力, kPa。

　　3·2　方差和传播系数

　　计算过程中忽略了由湿度测量引入的传播系数的计算,因为湿度测量引入的标准不确定度分量相对于压力、温度项,很小。对于同一个音速喷嘴,流量系数可以看作为一常数。

　　3·3　计算标准不确定度分量

　　3·3·1　由压力引起的标准不确定度分量u1

　　1)气源波动引起的标准不确定度分量u11将量程为100 psi (689·476 kPa)的绝压变送器接至气源管道压力接头处,开启低压气源,音速喷嘴入口压力调节为580·3 kPa。用k2000数字万用表连续测量绝对压力变送器的输出电压值, 10个观测值为一组,一共得到14组观测数据,见表1。

　　14组测量结果的算术平均值为:V=1·72438 V,