甄楊
[摘要]定流量發生器廣泛應用于汽車、燃氣器具、醫療器械、衛生包裝等行業,依據JJF(津)05-2018《氣體定流量發生器校準規范》的要求,對氣體定流量發生器進行了不確定度評定。
[關鍵詞]氣體定流量發生器;不確定度;評定
定流量發生器在給定的溫度和壓力下,入口端和出口端之間存在壓力差而形成氣體流動。在溫度和定流量發生器前后端壓力保持恒定的條件下,流經定流量發生器的流量也保持恒定。定流量發生器應用比較廣泛,主要用于各種壓力下,各種氣體流量的測量或進行各種氣密檢漏儀的校驗。定流量發生器的內部主要構件為節流元件,根據流量的大小改變節流元件的直徑可以得到所需的流量值。圖1為定流量發生器內部結構示意圖。根據應用場合和流量的大小的不同,節流元件的分為毛細管、玻璃管、金屬管等類型。
一、測量方法
氣體定流量發生器校準通??蛇x用正壓法或者負壓法來實現,常見的標準裝置有活塞氣體流量標準裝置、皂膜式氣體流量標準裝置和鐘罩式氣體流量標準裝置等,實驗室環境溫度:(20±2)°C,相對濕度:30%~80%,校準時周圍不應有附加熱源、強振動等,校準過程中,環境溫度、標準裝置和被校定流量發生器處的溫度之差應不超過1°C,定流量發生器一般應在校準環境條件下放置2h以上,等待定流量發生器穩定到校準環境的溫度下方可進行校準。
圖2為使用流量測量標準裝置進行正壓定流量發生器校準的示意圖[。
二、測量模型
(一)20°C下定流量發生器的校準流量計算公式為:
qm—定流量發生器出口處的校準流量,L/min或ml/min;
Ps—流量測量標準裝置出口端的絕對壓力,kPa;
Pm—定流量發生器出口端的絕對壓力,kPa;
Tm—定流量發生器出口端的熱力學溫度,K;
Ts—流量測量標準裝置出口端的熱力學溫度,K;
qs—流量測量標準裝置測量的流量值,L/min或ml/min。
(二)不確定度傳播系數
由公式(1)式可得:
三、不確定度分量評定
以一個表前額定壓力為400kPa,額定溫度為20°C,標稱流量為1.226mL/min的定流量發生器的校準為例。用于流量測量的標準裝置的準確度等級為1.0級。校準記錄如下表所示。
(一)重復測量引入的不確定度ur(Er)
由重復測量引入的不確定度屬于A類不確定度。將定流量發生器測量6次,校準結果為。
則由重復測量引入的不確定度為:
(二)標準裝置出口端壓力測量的不確定度ur(Ps)
標準裝置出口端壓力測量的不確定度屬于B類不確定度,出口端壓力利用壓力變送器進行測量,此次測量中壓力變送器的準確度等級為0.2級,假設服從均勻分布,則出口端壓力測量引入的標準不確定度為:
(三)氣體定流量發生器出口端溫度測量的不確定度ur(Tm)
氣體定流量發生器出口端溫度測量的不確定度屬于B類不確定度,出口端溫度利用溫度變送器進行測量,此次測量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C,假設服從均勻分布,則定流量發生器出口端溫度測量引入的標準不確定度為:
(四)氣體定流量發生器出口端壓力測量的不確定度ur(Pm)
氣體定流量發生器出口端壓力測量的不確定度屬于B類不確定度,出口端壓力利用壓力變送器進行測量,此次測量中壓力變送器的準確度等級為0.2級,假設服從均勻分布,則出口端壓力測量引入的標準不確定度為:
(五)標準裝置出口端溫度測量的不確定度ur(Ts)
標準裝置出口端溫度測量的不確定度屬于B類不確定度,出口端溫度利用溫度變送器進行測量,此次測量中溫度變送器最大允許誤差為±0.2°C,假設服從均勻分布,則標準裝置出口端溫度測量引入的標準不確定度為:
(六)標準裝置引入的不確定度ur(qs)
標準裝置引入的不確定度屬于B類不確定度。流量測量標準裝置采用皂膜式氣體流量標準裝置,準確度等級為1.0級,其擴展不確定度為1.0%,置信概率為95%,包含因子k=2,其相對標準不確定度:
四、合成標準不確定度
氣體定流量發生器不確定度分量匯總表如表2所示。
五、擴展不確定度
取包含因子k=2,擴展不確定度為:
結語
本文在氣體定流量發生器不確定度評定過程中,選用的實驗標準裝置為皂膜式氣體流量標準裝置,該裝置的準確度等級為1.0級,若選用準確度等級更高的鐘罩式氣體流量標準裝置,則可以降低由測量標準裝置引入的不確定度分量。
參考文獻:
[1]JJF(津)05-2018《氣體定流量發生器校準規范》[S].天津市計量監督檢測科學研究院,2018.
[2]JJG640-2016《差壓式流量計》[S].北京:中國計量出版社,2016.