影響鍋爐冷卻水流量計誤差的因素及不確定度分析

摘要：針對目前鍋爐冷卻水流量計的廣泛應用，簡(jiǎn)要介紹影響鍋爐冷卻水流量計示值誤差的不利因素以及對其不確定度的分析。

1. 引言

隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的流量計被用于工業(yè)生產(chǎn)和貿易結算，因此流量計的計量檢定校準占據著(zhù)越來(lái)越重要的地位，在眾多種類(lèi)的流量計中，鍋爐冷卻水流量計以其傳感器結構簡(jiǎn)單、測量管徑無(wú)壓損、準確度高、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，被應用在各個(gè)領(lǐng)域。鍋爐冷卻水流量計有許多優(yōu)點(diǎn)，但若選型不合理、現場(chǎng)安裝不妥、使用不當，都將會(huì )引起誤差的增大，示值不穩定，甚至表體損壞。針對大慶地區各大采油廠(chǎng)的實(shí)際情況，正確的安裝方法成了流量計準確計量的關(guān)鍵。
如果在實(shí)驗室進(jìn)行檢定校準，以上這些不利因素就可以有效地減輕甚至避免，下面將在實(shí)驗室環(huán)境下和模擬現場(chǎng)環(huán)境下對同一鍋爐冷卻水流量計進(jìn)行不確定度的分析。

1. 實(shí)驗室條件下的不確定度分析

2.1 實(shí)驗要求
依據JJG1033-2007《鍋爐冷卻水流量計檢定規程》，選定一臺DN100mm鍋爐冷卻水流量計作為校準對象，測量標準和主要配套儀器設備為DN(80-250)mm水流量標準裝置，不確定度為0.066%(k=2)。
2.2 數學(xué)模型
2.2.1 體積流量計算
由于水的體積壓縮系數很小，當壓力變化不是很大時(shí)，可將水看做是不可壓縮的流體，因此由標準裝置得到的水的體積流量為：

2.2 流量計誤差
鍋爐冷卻水流量計準確度的表示方法有三種：相對示值誤差、滿(mǎn)量程引用誤差、相對示值誤差與滿(mǎn)量程引用誤差相結合。因為針對一個(gè)固定的流量點(diǎn)誤差總可以用任一種方式表述，而流量計量中，相對示值誤差應用場(chǎng)合較多，所以下面的分析均采用相對示值誤差的表示方法。

2.3 靈敏系數
靈敏系數C的表達式為：

2.4 各分量標準不確定度評定
標準不確定度的來(lái)源主要有兩個(gè)方面：由被校流量計測量重復性引入的不確定度分量u（Er）和標準裝置引入的不確定度分量u（Qs）。
2.4.1 被校流量計測量重復性引入的不確定度分量u（Er）的評定DN100mm鍋爐冷卻水流量計，其流量范圍為（4～45）m3/h，各測量點(diǎn)測量重復性按下式計算：

從表中已得出各測量點(diǎn)的Eri值。為此每個(gè)流量點(diǎn)由測量重復性引入的不確定度為：

2.4.2 標準裝置引入的不確定度分量u（Qs）的評定
本分量主要由標準裝置引入的，其不確定度來(lái)源主要有計時(shí)器頻率穩定度、標準工作量器的不確定度、換向器的累計時(shí)間、溫度變送器的誤差、壓力變送器的誤差等引入的。黑龍江省計量檢定測試院檢定該裝置時(shí)已將上述各項不確定因素考慮在內，在檢定證書(shū)上已給出擴展不確定度為U=0.066%（k=2）。則標準裝置引入的不確定度分量為：

2.5 合成相對標準不確定度Uc的評定合成相對標準不確定度Uc的評定

2.6 擴展不確定度的評定
取包含因子k=2時(shí)，則擴展不確定度結果如表1：

通過(guò)在實(shí)驗室條件下對該流量計的檢定，符合流量計的等級標準，下面將模擬現場(chǎng)安裝條件來(lái)對該流量計進(jìn)行檢定。

1. 實(shí)驗室條件下的不確定度分析

為了模擬現場(chǎng)管道中流量不穩的情況，將該流量計上游處安裝一個(gè)同口徑的渦街流量計，因為渦街流量計表體中有可產(chǎn)生旋渦的阻流件，可以模擬現場(chǎng)的流體不穩定情況。其測量后的具體數據如表2：

1. 結論

實(shí)驗室條件下和模擬現場(chǎng)條件下的不確定度比較（表3）兩次結果可以看出，兩次實(shí)驗各個(gè)流量點(diǎn)的不確定度差距非常大?？梢?jiàn)，鍋爐冷卻水流量計對安裝條件還是比較苛刻的。

1. 結束語(yǔ)

通過(guò)對流量計在不同環(huán)境下不確定度的評定，可以看出現場(chǎng)安裝條件對流量計誤差和不確定度的影響。如果流量計在現場(chǎng)使用時(shí)沒(méi)有正確安裝，例如直管段長(cháng)度不夠、管徑內液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計正常使用范圍，都有可能對流量計的測量結果造成極大的影響，可是現場(chǎng)條件未必能像實(shí)驗室的安裝條件一樣理想，這就需要使用單位對流量計的性能作必要的了解和對現場(chǎng)安裝條件的嚴格把關(guān)。

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