影響鍋爐冷卻水流量計(jì)誤差的因素及不確定度分析

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

1. 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的流量計(jì)被用于工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易結(jié)算，因此流量計(jì)的計(jì)量檢定校準(zhǔn)占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，在眾多種類(lèi)的流量計(jì)中，鍋爐冷卻水流量計(jì)以其傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量管徑無(wú)壓損、準(zhǔn)確度高、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。鍋爐冷卻水流量計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，但若選型不合理、現(xiàn)場(chǎng)安裝不妥、使用不當(dāng)，都將會(huì)引起誤差的增大，示值不穩(wěn)定，甚至表體損壞。針對(duì)大慶地區(qū)各大采油廠的實(shí)際情況，正確的安裝方法成了流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的關(guān)鍵。
如果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，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(yàn)室環(huán)境下和模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)同一鍋爐冷卻水流量計(jì)進(jìn)行不確定度的分析。

1. 實(shí)驗(yàn)室條件下的不確定度分析

2.1 實(shí)驗(yàn)要求
依據(jù)JJG1033-2007《鍋爐冷卻水流量計(jì)檢定規(guī)程》，選定一臺(tái)DN100mm鍋爐冷卻水流量計(jì)作為校準(zhǔn)對(duì)象，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和主要配套儀器設(shè)備為DN(80-250)mm水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，不確定度為0.066%(k=2)。
2.2 數(shù)學(xué)模型
2.2.1 體積流量計(jì)算
由于水的體積壓縮系數(shù)很小，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)裝置得到的水的體積流量為：

2.2 流量計(jì)誤差
鍋爐冷卻水流量計(jì)準(zhǔn)確度的表示方法有三種：相對(duì)示值誤差、滿(mǎn)量程引用誤差、相對(duì)示值誤差與滿(mǎn)量程引用誤差相結(jié)合。因?yàn)獒槍?duì)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(jì)量中，相對(duì)示值誤差應(yīng)用場(chǎng)合較多，所以下面的分析均采用相對(duì)示值誤差的表示方法。

2.3 靈敏系數(shù)
靈敏系數(shù)C的表達(dá)式為：

2.4 各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源主要有兩個(gè)方面：由被校流量計(jì)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u（Er）和標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度分量u（Qs）。
2.4.1 被校流量計(jì)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u（Er）的評(píng)定DN100mm鍋爐冷卻水流量計(jì)，其流量范圍為（4～45）m3/h，各測(cè)量點(diǎn)測(cè)量重復(fù)性按下式計(jì)算：

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

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度分量u（Qs）的評(píng)定
本分量主要由標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的，其不確定度來(lái)源主要有計(jì)時(shí)器頻率穩(wěn)定度、標(biāo)準(zhǔn)工作量器的不確定度、換向器的累計(jì)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(jì)量檢定測(cè)試院檢定該裝置時(shí)已將上述各項(xiàng)不確定因素考慮在內(nèi)，在檢定**上已給出擴(kuò)展不確定度為U=0.066%（k=2）。則標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度分量為：

2.5 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc的評(píng)定合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc的評(píng)定

2.6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
取包含因子k=2時(shí)，則擴(kuò)展不確定度結(jié)果如表1：

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)該流量計(jì)的檢定，符合流量計(jì)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，下面將模擬現(xiàn)場(chǎng)安裝條件來(lái)對(duì)該流量計(jì)進(jìn)行檢定。

1. 實(shí)驗(yàn)室條件下的不確定度分析

為了模擬現(xiàn)場(chǎng)管道中流量不穩(wěn)的情況，將該流量計(jì)上游處安裝一個(gè)同口徑的渦街流量計(jì)，因?yàn)闇u街流量計(jì)表體中有可產(chǎn)生旋渦的阻流件，可以模擬現(xiàn)場(chǎng)的流體不穩(wěn)定情況。其測(cè)量后的具體數(shù)據(jù)如表2：

1. 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室條件下和模擬現(xiàn)場(chǎng)條件下的不確定度比較（表3）兩次結(jié)果可以看出，兩次實(shí)驗(yàn)各個(gè)流量點(diǎn)的不確定度差距非常大。可見(jiàn)，鍋爐冷卻水流量計(jì)對(duì)安裝條件還是比較苛刻的。

1. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)流量計(jì)在不同環(huán)境下不確定度的評(píng)定，可以看出現(xiàn)場(chǎng)安裝條件對(duì)流量計(jì)誤差和不確定度的影響。如果流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)沒(méi)有正確安裝，例如直管段長(zhǎng)度不夠、管徑內(nèi)液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計(jì)正常使用范圍，都有可能對(duì)流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果造成極大的影響，可是現(xiàn)場(chǎng)條件未必能像實(shí)驗(yàn)室的安裝條件一樣理想，這就需要使用單位對(duì)流量計(jì)的性能作必要的了解和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的嚴(yán)格把關(guān)。

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