裝置的計量性能評價

摘 要:

  液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置用于液位計的量值傳遞，其計量性能直接決定了液位計的檢定結(jié)果，進(jìn)而影響液位計的使用。對建立的三套液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的計量性能進(jìn)行評價，從引入其不確定度的各個參量定量分析其影響量，建立測量模型并計算合成不確定度，進(jìn)而評價其計量性能。結(jié)果得出三套液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度分別為: 差壓式 Urel = 0. 05% 、靜壓式 U =1. 5mm、反射式 U = 2. 0mm( k 均取 2) ，能夠較好滿足工業(yè)級液位計的量傳需求。引言隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，液位計的應(yīng)用越來越廣泛，但液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展相對滯后。新疆計量院建立了三套不同類型的液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置，以滿足各種液位計的檢定需求。

            ［1］三套裝置分別為: 差壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置、靜壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置和反射式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置。［2 － 4］為了解其計量性能，現(xiàn)分別對計量性能進(jìn)行分析和評價。1、差壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置差壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由主標(biāo)準(zhǔn)器壓力校驗儀、打壓設(shè)備壓力泵、連接管和支撐臺組成，檢定介質(zhì)為空氣。引入不確定度的分量有: 主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差、測量重復(fù)性兩個參量。由此建立測量模型為:E = Ea + Eb ( 1)式中: E—裝置的測量誤差，% ; Ea—主標(biāo)準(zhǔn)器引入的 測 量 誤 差，% ; Eb—測量重復(fù)性引入的誤差，% 。對分量求偏導(dǎo)，得到其靈敏系數(shù)分別為 ca、cb :根據(jù)上述測量模型，建立傳播率公式為:1. 1 不確定度分量評定主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差 Ea可以根據(jù)其溯源證書得出: 小量程( 0 ～ 200) kPa 主標(biāo)準(zhǔn)器的非常大測量誤差為 0. 03kPa，示值誤差為: E1 = 0. 03kPa /200kPa = 0. 015%大量程( 0 ～ 4000) kPa 主標(biāo)準(zhǔn)器非常大測量誤差0. 4kPa，示值誤差為: E2 = 0. 4kPa /4000kPa = 0. 01%取非常大的示值誤差，按照均勻分布計算，所以其分量為: urel ( Ea ) = 0. 009%測量重復(fù)性引入的誤差 Eb通過實驗數(shù)據(jù)計算得出。選擇一個性能穩(wěn)定的差壓式液位計，其準(zhǔn)確度等級為2. 5 級，測量范圍( 0 ～ 5000) mm，按照檢定規(guī)程，選擇 6 個檢定點(diǎn)，分別為非常大量 程 的 5% 、 20% 、40% 、60% 、80% 、* ，均重復(fù)檢定 10 次，得到其測量誤差見表 1。

?????????新聞新聞中心行業(yè)新聞企業(yè)新聞技術(shù)文章知道問答推廣專題產(chǎn)品流量儀表電磁流量計渦街流量計旋進(jìn)旋渦流金屬轉(zhuǎn)子流渦輪流量計孔板流量計超聲波流量威力巴流量彎管流量計氣體流量計熱門關(guān)鍵詞： 渦街流量計 氣體流量計 渦輪流量計 超聲波流量計 電磁流量計您的位置：?ml 2/6對非常好個檢定點(diǎn)的測量誤差計算單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差:計算其他檢定點(diǎn)的單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果依次為:s2 = 0. 016% ; s3 = 0. 020% ; s4 = 0. 012% ; s5 = 0. 013% ;s6 = 0. 015%取其中非常大值，所以其影響量為: urel ( Eb ) = 0. 020%根據(jù)以上分量匯總見表 2。1. 2 不確定度計算根據(jù)式( 3) ，得到合成不確定度:取擴(kuò)展因子 k =2，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度為: Urel = k × urel ( E) = 0. 044% ≈0. 05% ( 6)2 靜壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置靜壓式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由水箱、主標(biāo)準(zhǔn)器、工控系統(tǒng)等組成，檢定介質(zhì)為循環(huán)水。其不確定度來源有主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差、水的溫度測量誤差、測量重復(fù)性三個分量。［5］由此建立測量模型為:E = Ea + Eb + Ec ( 7)式中: E—裝置的測量誤差，mm; Ea—主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差，mm; Eb—水的溫度引入的測量誤差， mm; Ec—測量重復(fù)性引入的誤差，mm。

????????對分量求偏導(dǎo)，得到其靈敏系數(shù)分別為 ca、cb、 cc，值均為 1，由此建立傳播率公式為:2. 1 不確定度分量評定主標(biāo)準(zhǔn)器測量誤差 Ea可以根據(jù)其校準(zhǔn)結(jié)果得出: 標(biāo)準(zhǔn)器在裝置測量范圍內(nèi)非常大測量誤差為:Ea = 1. 22mm按照均勻分布計算，其影響量為:u( Ea ) = 0. 704mm采用數(shù)字溫度計測量水的溫度，其測量誤差 Eb表現(xiàn)為數(shù)字溫度計的測量誤差。根據(jù)其校準(zhǔn)證書，擴(kuò)展不確定為 U =0.3℃，k =2，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 u =0. 15℃。試驗用的水溫為常溫狀態(tài)，約( 13 ～ 18) ℃，對應(yīng)水的密度為( 0. 9994 ～ 0.9986) g /ml，引起的水的密度變化為 0. 0008g /ml，對應(yīng)引起的非常大高度變化為3000mm × 0. 0008 = 2. 4mm，即水的溫度變化引起的非常大高度變化為 0. 48mm /℃。

???????由此，可以得出由數(shù)字溫度計測量水的溫度引起的誤差為:u( Eb ) = 0. 48mm /℃ × 0. 3℃ = 0. 144mm測量重復(fù)性引入的誤差 Ec通過實驗數(shù)據(jù)計算得出。選擇一個性能穩(wěn)定的靜壓式液位計，非常大允許誤差 ± 5mm，測量范圍( 0 ～ 2000) mm。選擇檢定點(diǎn)依次為 5% 、20% 、40% 、60% 、80% 、* 。各檢定點(diǎn)均重復(fù)測量 10 次，得到的示值誤差見表 3。氣體流量計物位儀表液位變送器磁翻板液位玻璃管液位浮球液位計鍋爐水位計雷達(dá)物位計超聲波液位射頻導(dǎo)納物重錘式料位料位計玻璃板液位變送器壓力變送器差壓變送器橫河EJA差校驗儀表壓力校驗儀溫度校驗儀壓力泵壓力校驗臺壓力溫度自壓力儀表指針壓力表數(shù)顯壓力表數(shù)字顯示儀溫度儀表熱電偶熱電阻雙金屬溫度2020/8/10 液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的計量性能評價 - ?      ??????? 3/6非常好個檢定點(diǎn)的單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差:其他檢定點(diǎn)的單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差依次為: s2 = 0. 069mm; s3 = 0. 104mm; s4 = 0. 090mm; s5 = 0. 093mm; s6 =0. 101mm取非常大值作為測量結(jié)果，s = 0. 104mm。所以其影響量為: u( Ec) = 0. 104mm根據(jù)以上參量匯總見表 4。2. 2 不確定度計算根據(jù)式( 9) ，得到合成不確定度:取擴(kuò)展因子 k =2，得到的標(biāo)準(zhǔn)裝置擴(kuò)展不確定度: U = k × u( E) = 1. 45mm≈1. 5mm ( 11)3 反射式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置反射式液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置主要由電動推車、主標(biāo)準(zhǔn)器、支撐臺、水平導(dǎo)軌、反射板和工控系統(tǒng)等組成。引入不確定度的來源有: 主標(biāo)準(zhǔn)器測量誤差、溫度變化引入的誤差、被檢液位計與主標(biāo)準(zhǔn)器的角度偏差引入的誤差、測量重復(fù)性等。由此建立測量模型:E = Ea + Eb + Ec + Ed ( 12)式中: E—裝置的測量誤差，mm; Ea—主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差，mm; Eb—溫度變化引入的誤差，mm; Ec—被檢液位計與主標(biāo)準(zhǔn)器角度偏差引入的測量誤差，mm; Ed—測量重復(fù)性引入的誤差，mm。對以上各分量求偏導(dǎo)，得到其靈敏系數(shù)分別為ca、cb、cc、cd，值均為 1。由此建立傳播率公式為:3. 1 不確定度分量評定主標(biāo)準(zhǔn)器的測量誤差 Ea可以根據(jù)其校準(zhǔn)結(jié)果，主標(biāo)準(zhǔn)器非常大允許誤差 ± 1. 5mm，取 k = 2，所以其影響量為:u( Ea ) = 1. 5mm /2 = 0. 75mm溫度變化引入的誤差 Eb主要表現(xiàn)在對激光的傳播速度的影響。由于檢測環(huán)境為室內(nèi)，溫度常年保持在( 22 ～26) ℃，檢定過程中溫度變化不超過 1℃，導(dǎo)致的測量誤差為 Eb = ±0. 02mm( 溫度變化 1℃引起激光測距誤差為 ±1mm/km，即溫度變送器鉑銠熱電偶無紙記錄儀咨05172020/8/10 液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的計量性能評價 。

?????在測量范圍內(nèi)均勻分布得到其引入的影響量 u( Eb ) =0. 01mm。被檢液位計與主標(biāo)準(zhǔn)器水平角度偏差引入的測量誤差 Ec主要表現(xiàn)在坡度測量儀的測量誤差和測量過程中裝置震動引起的角度偏差。坡度測量儀的測量影響量為 u = 0. 108°; 裝置震動引起的角度偏差由多次試驗得出。根據(jù)多次試驗得到，震動引起的角度偏差為 0. 3°。兩者正相關(guān)，由此得到非常大角度偏差為 0. 408°，在裝置測量范圍內(nèi)引入非常大測量誤差為:Ec = ±︱20000mm －20000mm × cos( 0. 408°) ︱ = ± 0. 507mm在測量范圍內(nèi)均勻分布，由此得到其影響量為:u( Ec) = 0. 293mm測量重復(fù)性引入的誤差 Ed通過實驗得出。

????   ?選一臺性 能 穩(wěn) 定 的 反 射 式 液 位 計，非常 大 允 許 誤 差± 5mm，測量范圍( 0 ～ 10000) mm。選擇檢定點(diǎn)依次為: 5% 、20% 、40% 、60% 、80% 、* 。各重復(fù)測量10 次，得到的示值誤差見表 5。第1 個檢定點(diǎn)的單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差:其他檢定點(diǎn)的單次試驗標(biāo)準(zhǔn)偏差: s2 = 0. 185mm; s3 = 0. 156mm; s4 = 0. 193mm;s5 = 0. 110mm; s6 = 0. 123mm取非常大值作為測量結(jié)果( 見表 6) ，s =0. 193mm，所以其影響   ?       ??????????為: u( Ed ) = 0. 193mm3. 2 不確定度計算根據(jù)式( 14) ，得到合成不確定度:取擴(kuò)展因子 k = 2，得到裝置擴(kuò)展不確定度: U = k × u( E) = 1. 66mm≈2. 0mm ( 16) 4 實驗結(jié)論通過對上述三套液位計標(biāo)準(zhǔn)裝置的計量性能評價，分別得到擴(kuò)展不確定度為:差壓式 Urel = 0. 05% ; 靜壓式 U = 1. 5mm; 反射式 U = 2. 0mm( k 均取 2) 。依據(jù) JJG 971 規(guī)定的( 4 ～ 5) 倍量傳關(guān)系，能夠檢定的液位計等級或非常大允許誤差分別為: 差壓式液位計準(zhǔn)確度等級 0. 2 級，靜壓式液位計非常大允許誤差 ± 6mm，反射式液位計非常大允許誤差 ± 8mm，［1］能夠較好滿足工業(yè)級液位計的量傳需求。