摘要：体积管是由内径相同的直管、弯管组成的环形管道或直形管道，其内表面经过精密加工的标准体积段、置换器（活塞或弹性球）和精确测定置换器位置的检测开关及执行机构等附属设备组成。体积管流量标准装置长期以来是国内外液体流量计量的主要标准器，是检定各种液体流量计，对原油、成品油进行贸易交接，应用最广泛和最成熟的流量标准装置。文章介绍了体积管流量标准装置，对其不确定度进行了分析，得出了影响体积管流量标准装置不确定度的几个主要因素。
关键词：体积管流量标准装置；不确定度；评定分析
前言：体积管的基本原理是当流体稳定地流经体积管标准体积段和与之相串联的被检流量计时，由置换器从两个检测开关之间所置换出的流体体积，同流量计的指示值相比较，以确定流量计的示值误差。本文根据 JJG209 － 2010《体积管》的要求，对液体体积管标准容积测量的不确定度进行了评定和分析以供参考。
1.体积管流量标准装置的测量
1.1体积管流量标准装置测量的数学模型
本次试验在温度：（5～35）℃；相对湿度：（30～80）%；大气压力：（86～106）kPa的条件下进行。用标准量器测量体积管时的体积流量计算公式：Vps=Vs［1+βs（ts－20）+βw（tp－ts）－βp（tp－20）－pp（D/Et+Fw）］进行计算，在公式当中，Vps代表体积管在标准状态下的容积值。单位是升，符号为L。Vs为标准量器的示值，单位是升。βs、βm是标准金属量器材质、体积管材质的体膨胀系数，单位是1/℃。pp是体积管内液体的表压力，单位为Pa；D则是体积管的标准容积段的内径，单位符号为m；E是体积管材质的弹性模数，单位是Pa；t是体积管的壁厚，单位按米来计算，Fw代表水的压缩系数，单位是1/Pa。
1.2体积管流量标准装置的测量方法
体积管示值检定采用容积法，用水作为检定介质。测量依据JJG209－2010《体积管》。将体积管入口与水泵相连，出口与检定装置相连；体积管标准容积检定次数不少于3次，本次检定一共进行了6次，取平均值作为体积管的标准容积值。具体的检定程序如下：开始检定时，初始位置为转向器将水流导向旁通侧，启动置换器的投入按钮，使置换器运行。当置换器按一定的流量触发检测开关1时，启动转向器将水流从旁通侧换至标准量器侧，开始计量。当置换器触发检测开关1时，读取体积管进出口处的温度，取平均值作为该次检定时体积管的平均温度。需要注意的是，检定体积管时是以某一固定流量进行的，一般检定员在重复检定时，为获得比较好的重复性，一般取比较小的流量。
1.3体积管标准体积值的确定
在完成特定的检定程序之后，根据体积管流量标准装置的检定记录将数值带入到上述的数学模型当中，即可根据数学公式计算出体积管标准体积值。在本次检定当中，经过六次的检定可知体积管的标准体积值为1001.7868L。
2.体积管标准装置的相对标准不确定度分量
2.1标准量器引入的相对标准不确定度ur（Vs）
二等标准量器的最大允许误差为±2.5×10－4，测量值落在该区间内任意值的可能性相同，依照均匀分布，则u（Vs）=1.4×10－4；C（Vs）=1。
2.2体积管的重复性ur（Er）
体积管的重复性是判定体积管是否合格最为重要的参数，但其计算过程相对比较复杂。相关要求中规定体积管的重复性要优于5×10－4。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以体积管基本体积多次检定的相对标准偏差作为体积管的重复性，根据上述的数据计算可得本次检定的体积管的重复性为0.7×10－4。
2.3体积管漏失量的相对标准不确定度ur（l）
在工作压力下，当位移器在标准体积段运行时，应保证位移器与体积管之间有良好的密封性能。位移器后的液体超越位移器而流到位移器前面的量，不能大于体枳管容积的0.006% （即I000L体积最大漏失60mL）。根据实验的实际情况来看，1000升的水漏失量大概在30毫升左右，假设水的漏失量是均匀分布的，所以计算下来不确定度为1.8×10－3。相对灵敏度系数cr（l）=1
2.4标准量器体膨胀系数的相对标准不确定度ur（βs）
标准量器体胀系数为50×10－6℃－1，相对扩展不确定度Ur（βs）=10%，按均匀分布，则相对标准不确定度为ur（βs）=5.8%。标准量器水温St在（5～35）℃内变化，按最大值考虑，灵敏系数为3.6×10-4。
2.5水体膨胀系数的相对标准不确定度ur（βw）
水的体胀系数为2×10－4℃－1，不确定度为u（βw）=25%，矩形分布，则u（βw）=0.5×10-4℃-1。相对扩展不确定度为Ur（βw）=25%，一次试验水温变化不超过0.2℃。则ur（βw）=（tp－ts）=15%，相对灵敏度系数为cr（βw）=4.0×10-4。
2.6体积管体膨胀系数的相对标准不确定度ur（βm）
体积管体胀系数为36.9×10－6℃－1；不确定度为U（βs）=U（βt）=25%，体积管内水温θm同样也在29℃~31℃范围内变化，取ts和tp值均为30℃，则Cr（βm=-4.1×10-4。
2.7标准量器壁温的相对标准不确定度ur（θs）
设体积管的壁温为20℃，壁温的不确定度为Ur（θs）=0.67%，假设分布均匀，则相对标准不确定度为ur（θs）=0.38%。
2.8内径和壁厚测量的不确定度u（D）
测量卡尺的误差为 ± 0.02mm，按照均匀分布，则u（D）= u（t）= 1.2 × 10 － 2。
2.9合成标准不确定度
将上述计算出来的主要标准不确定度进行汇总，因为各项标准的不确定度分量是互不相关的，，所以可以整体进行计算，最终计算的合成标准不确定度：uc（Vps）=2.0×10－4。
结语：综上所述，开展对体积管流量标准装置的不确定度评定与分析是非常必要的，因为体积管的在进行测量的过程中是否能够受控、测量结果能否保持稳定一致、是否符合测量的要求都需要通过体积管流量标准装置的不确定度来反映。
参考文献：
［1］崔耀华.体积管标准容积测量值的不确定度评定［J］.河南省计量科学研究院计量与测试技术，2015，14（12）：108-109.
［2］孔繁栋．体积管流量标准装置的不确定度评定与分析［M］．北京：误差与不确定度---技术TECHNOLOGY，2014，08（10）：203～214
论文作者:代玉梅,王蒙,崔岩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：体积论文; 标准论文; 不确定论文; 量器论文; 流量论文; 装置论文; 测量论文; 《基层建设》2019年第6期论文;