電(dian)磁流(liu)量計(ji) 是一種基(ji)于電(dian)磁感應定律,根(gen)據(ju)導電流(liu)體通過外加磁(ci)場時(shi)産(chan)生的電(dian)動勢來(lai)測(ce)量導電流(liu)體流(liu)量的(de)一種(zhong)新型(xing)流量(liang)測量(liang)儀表。測量(liang)時不受流(liu)體密(mi)度、粘度、電(dian)導率(lü)變化的影(ying)響,感(gan)應電(dian)壓(ya)信(xin)号與(yu)管道内(nei)的平均(jun)流速(su)呈(cheng)線性相(xiang)關,測量精(jing)度高。正是(shi)由于(yu)這種(zhong)穩定(ding)的計(ji)量特(te)性,電磁流(liu)量計(ji)被廣泛(fan)應用于(yu)制冷(leng)領域各種(zhong)焓差實驗(yan)室、熱(re)泵實(shi)驗(yan)室及水(shui)冷實驗室,用作(zuo)流量監測的儀(yi)表。重點(dian)闡述了電磁(ci)流量計在(zai)溴化锂制冷機(ji)流量(liang)測試(shi)中的(de)應用及運行效果;文獻[7]提(ti)出利(li)用電磁流量計(ji)等高(gao)精度設備(bei),采用焓差法設(she)計遠(yuan)程監(jian)控移(yi)動式制(zhi)冷(leng)設備(bei)性能檢(jian)測儀，解(jie)決使(shi)用現(xian)場對(dui)制冷(leng)空調機組(zu)性能校驗(yan)困難(nan)的問題;則利用(yong)電磁流量計等設備(bei)設計(ji)出一(yi)種以(yi)STM32F401RE爲控制核(he)心的(de)能(neng)耗監測(ce)系統用以(yi)評估水源熱泵系統(tong)的節能(neng)狀(zhuang)況。
　　然而,流(liu)量(liang)作爲制(zhi)冷空(kong)調系統冷(leng)熱量計量的重(zhong)要測定(ding)參(can)數,其(qi)檢測相比于溫(wen)度、壓力等參數(shu)要複雜得多。其(qi)主要(yao)原因在于(yu)流量計在工作(zuo)時，溫度、壓力、流(liu)速分(fen)布、空(kong)管幹(gan)擾、流體電(dian)導率、流體(ti)相(xiang)态以及(ji)磁場邊(bian)緣(yuan)效應(ying)等諸多因(yin)素均(jun)會對測量(liang)結果産生(sheng)偏(pian)差。因此(ci)，測量結果(guo)是否準确可靠,可信(xin)程度如何(he),是實(shi)驗室每位試驗(yan)人員都關心的(de)問題(ti)。測量不确(que)定度(du)是說(shuo)明測(ce)量結(jie)果的不可(ke)确定程度和可信程度的參數(shu)'。目前(qian)大多(duo)電磁(ci)流量(liang)計(ji)在(zai)計量(liang)特性(xing)方面(mian)也僅标明儀(yi)表的最(zui)大允許誤(wu)差或其準(zhun)确(que)度等級(ji),而未(wei)對(dui)流(liu)量計測量(liang)結果的不(bu)确定度作(zuo)出相(xiang)應的(de)說明(ming)，而流(liu)量測(ce)量(liang)結(jie)果的表述(shu)必須(xu)在表(biao)明被測量值的(de)同時(shi)賦(fu)予該值(zhi)相關(guan)的測(ce)量不(bu)确定(ding)度,才(cai)是完(wan)整并且有(you)意義(yi)的。
　　鑒(jian)于流量監(jian)測在空調制冷系統(tong)中的(de)重要(yao)性，以JJG1033-2007《電磁(ci)流量計檢定規(gui)程》和(he)JJF1059-2012《測量不确定度評定與表(biao)示》作(zuo)爲技(ji)術支撐[16],對(dui)電磁(ci)流(liu)量計用(yong)水流量标(biao)準裝(zhuang)置進(jin)行校準,建(jian)立數學(xue)模(mo)型,詳細闡(chan)述電磁流(liu)量計示(shi)值(zhi)誤差(cha)的不(bu)确(que)定度評(ping)定方(fang)法(fa),具體分析各(ge)個分量引(yin)人的标(biao)準不确(que)定度(du),并揭示各(ge)分量(liang)在合成标準不确定(ding)度中(zhong)所占的比(bi)重。評(ping)定結(jie)果(guo)可供參(can)考或(huo)符合(he)測量(liang)條件的予以直(zhi)接應用。
1概述
1.1測(ce)量依(yi)據(ju).
　　依據JJG1033-2007《電(dian)磁流(liu)量計(ji)檢定(ding)規程(cheng)》。
1.2測(ce)量标準(zhun)
　　測量标準及主要配(pei)套設備爲(wei)經相(xiang)應法定計量檢(jian)定(ding)機構檢(jian)定的DN(65~100)mm水流量标(biao)準裝(zhuang)置(zhi)，不确定(ding)度爲(wei)Urel=0.11%(k=2)。
1.3測量(liang)過程(cheng)與方(fang)法.
　　在環境(jing)溫度20℃,相對(dui)濕度(du)65%,外界(jie)磁場、機械(xie)振動(dong)和噪(zao)聲對(dui)流量計的影響(xiang)忽略(lue)不計(ji)的條件下對DN80,最大流(liu)量qmax爲100m3/h,精度(du)等級爲0.5級(ji)的電磁流(liu)量計(ji)進行(hang)測量(liang)。計算(suan)電磁流量(liang)計測量結(jie)果的(de)相對(dui)示值誤差(cha)，并評定(ding)測(ce)量結(jie)果的不确(que)定度(du)。
2數學(xue)模型(xing)
2.1單次測量(liang)時的(de)相對(dui)示值誤差
　　電磁流量(liang)計各流量(liang)點單(dan)次測(ce)量時的相對(dui)示值誤(wu)差(即(ji)第i個(ge)檢定(ding)點第(di)j次(ci)檢定的(de)相對示值(zhi)誤差(cha)Eij,簡記(ji)爲(wei)E)爲:
 
　　式(1)中(zhong):E爲單(dan)次測(ce)量時被檢流量(liang)計的(de)相對示值(zhi)誤差(cha)(%);Q爲單次測(ce)量時(shi)被檢流量計顯(xian)示的(de)流量值(m3);Qs爲(wei)單次測量(liang)時标(biao)準器(qi)換算(suan)到流(liu)量計處狀态的(de)累積(ji)流量值(m3)。
2.2單(dan)次測量(liang)時(shi)标準(zhun)器換(huan)算到流量(liang)計處狀态的累(lei)積流量值Q。
 
　　式(2)、式(shi)(3)中:V,爲(wei)單次(ci)測量(liang)時标準(zhun)器測得(de)的液.體實(shi)際體(ti)積(m3);β爲(wei)測量用液(ye)體在測(ce)量(liang)狀态下的(de)體積(ji)膨脹(zhang)系數(℃-1);0,0m分(fen)别爲單(dan)次測量(liang)時(shi)标準(zhun)器和(he)流量(liang)計處(chu)的液(ye)體溫度(℃);K爲(wei)測量(liang)用液(ye)體在測量(liang)狀态下的(de)壓縮系數(shu)(Pa-1);p。,pm分别(bie)爲單次(ci)測量時(shi)标準器和流量計處的液體壓(ya)力(Pa)。
2.3靈敏(min)系(xi)數與(yu)不确(que)定傳播律(lü)
　　當被測(ce)量(liang)的測(ce)量模(mo)型爲線性(xing)函數y=ƒ(x1，X2,...Xn),在(zai)Xi=xi時(shi),靈敏(min)系數(shu)ci通常是對(dui)測量函(han)數(shu)ƒ在Xi=xi處取--階(jie)偏導數得(de)到，即:
 
　　靈敏(min)系數是一(yi)個有單位(wei)和符号(hao)的量值(zhi)，它表(biao)明了被測(ce)量估計值(zhi)的不(bu)确定(ding)度uc(y)受輸人(ren)量xi的不确(que)定度u(xi)影響的(de)敏(min)感程(cheng)度。當全(quan)部輸人(ren)量是彼此獨立(li)或互不相關時,被測量的估計(ji)值y的合(he)成标準(zhun)不确定度uc(y)爲:
 
式(shi)(5)中:分(fen)量ui(y)=ciu(xi)。
3示(shi)值誤差測(ce)量(liang)結果的(de)不确定度(du)分析
3.1數學模型(xing)與靈(ling)敏系數(shu)
數學模(mo)型見式(shi)(1)
靈敏系(xi)數
 
3.2輸人量的标(biao)準不确定(ding)度分(fen)析
　　由(you)數學(xue)模型可知，測量結果(guo)相對示值誤差(cha)E的标(biao)準不(bu)确定(ding)度的主(zhu)要來源(yuan)于:
1)被(bei)檢流量計(ji)顯示的累積流(liu)量值Q引人(ren)的标(biao)準不(bu)确定度分(fen)量;
2)标(biao)準器(qi)換算(suan)到流量計(ji)處狀态的(de)累積(ji)流量(liang)值Q.引(yin)入的标準(zhun)不确(que)定度分量(liang)。
3.3合成标準不确(que)定度分析
　　由于(yu)Q≈Q。,則示(shi)值誤差的合成(cheng)标(biao)準(zhun)不确(que)定度爲:
 
　　該(gai)次試(shi)驗被檢對(dui)象爲(wei)0.5級最大流量qmax爲(wei)100m3/h的電(dian)磁流(liu)量計(ji),其測量(liang)數(shu)據如(ru)表1所(suo)示下(xia)面以(yi)測量點10%qmmax=10m3/h爲(wei)例,分(fen)别分(fen)析(xi)相對标(biao)準不确定(ding)度urel(Q)和(he)tUrel(Qs)。
 
3.4相對(dui)标準不确(que)定度urel(Q)的分(fen)析
　　單(dan)次測(ce)量(liang)時(shi)被檢(jian)流量計顯(xian)示的(de)累積(ji)流量值Q引(yin)人的标準(zhun)不确(que)定度(du)分量urel(Q)主要(yao)來源(yuan)于(yu)被檢電磁流(liu)量(liang)計(ji)的測(ce)量重複性,用A類(lei)方法評定。根據(ju)JJG1033-2007《電磁流(liu)量(liang)計檢(jian)定規(gui)程》流量計(ji)的重(zhong)複(fu)性規定:當每個流(liu)量點(dian)重複(fu)檢(jian)定(ding)n次時,使用(yong)相對示值(zhi)誤差的流量計的重(zhong)複性(xing)爲:
 
　　式(shi)(9)中:(Er)i爲(wei)被檢(jian)流量(liang)計第(di)i檢定點的(de)重複(fu)性;Ei爲(wei)被檢(jian)流量(liang)計第(di)i檢定(ding)點的相對示值(zhi)誤差(cha)
 
　　所以該電(dian)磁流量(liang)計在10m3/h處的重(zhong)複性(xing)按式(shi)(9)計算(suan)得(Er)1爲(wei)0.025%,由于(yu)在此測(ce)量點下(xia)實際(ji)重複(fu)測量(liang)了3次(ci),所(suo)以(yi)由被(bei)檢電(dian)磁流(liu)量計(ji)的測量(liang)重複性(xing)引入的标(biao)準不(bu)确定度分量爲(wei):
 
3.5相對标(biao)準(zhun)不确定度Urel;(Qs)的(de)分(fen)析
3.5.1數(shu)學模型與靈敏(min)系數
 
3.5.2輸(shu)人(ren)量的(de)标準不(bu)确(que)定度(du)分析(xi)
　　标準(zhun)器換(huan)算到(dao)流(liu)量計處狀态(tai)的累積流(liu)量值Qs引人(ren)的标(biao)準不确(que)定(ding)度分(fen)量主要來(lai)源于(yu):
1)水流量(liang)标(biao)準裝(zhuang)置引人(ren)的(de)标準(zhun)不确(que)定(ding)度分量(liang)u1(Qs)
　　标準(zhun)裝(zhuang)置由上(shang)一級(ji)法定(ding)計量(liang)技術機構(gou)檢定，查閱證(zheng)書可知(zhi),水流量(liang)标準裝置的(de)相(xiang)對不确(que)定度(du)爲(wei)Urel=0.11%(k=2),則(ze):urel(Vs)=0.055%,Vs在10m3/h處(chu)的測(ce)得(de)值(zhi)約爲(wei)122.363m3(取10m3/h處(chu)标準(zhun)容積的平(ping)均值)，則:
 
2)檢(jian)測用介質(zhi)的體(ti)積膨脹系數β引(yin)人的标(biao)準(zhun)不确(que)定度(du)分量u2(Qs)
　　檢測(ce)介質爲(wei)循(xun)環水(shui)，測量(liang)時(shi)測得标(biao)準器和(he)流(liu)量計(ji)處的(de)水溫(wen)分别(bie)爲20℃和(he)20.5℃。查閱(yue)相關(guan)資料得(de)知水在(zai)20℃時β=2.08×10-4℃-1且(qie)變(bian)化量爲(wei)±8×10-6°C-1。假設(she)爲均勻分(fen)布,則:
 
3)标(biao)準(zhun)器和流量(liang)計(ji)處的液(ye)體溫度(du)θs,θm引人的(de)标準(zhun)不确(que)定度(du)分量(liang)u3(Qs)、u4(Qs)
　　水(shui)溫(wen)測量所用的鉑熱電(dian)阻其誤差(cha)限均(jun)爲±0.1℃,假(jia)設滿足均(jun)勻分(fen)布(bu),則:
 
4.6合成标準(zhun)不确(que)定度(du)
　　爲了便(bian)于(yu)分析(xi),将以(yi)上各輸人(ren)量的(de)标準(zhun)不确(que)定度(du)分(fen)量(liang)列表(biao)彙總,如表(biao)2所示。當全(quan)部輸入量(liang)彼此獨立或互(hu)不相(xiang)關(guan)時(shi),被測(ce)量的相對(dui)示值(zhi)誤差(cha)E的合(he)成标(biao)準不确(que)定度爲(wei):
 
　　所以(yi)該電磁流(liu)量計在校(xiao)準點(dian)10m3/h處示值誤差的(de)不确定度爲:
Ure=k·uc=0.12%6(k=2)
4測(ce)量結果(guo)及不确(que)定度(du)報告
　　根據(ju)表2中的數(shu)據,由(you)不确(que)定(ding)度傳播率公式U2c=Σu2i,分析各(ge)标準不(bu)确定度(du)分量(liang)方(fang)差u2i對合(he)成标準(zhun)方(fang)差U2c的(de)影響(xiang)程(cheng)度,得到(dao)測量重(zhong)複(fu)性、标(biao).準裝(zhuang)置(zhi)及溫度(du)、壓力和膨脹系(xi)數等其他因素(su)引人的分(fen)量在(zai)最終評(ping)定(ding)結果(guo)中的占比(bi)分别(bie)爲6.1%、93.8%、0.1%。同(tong)理,根(gen)據校(xiao)準原始記(ji)錄對其餘(yu)各(ge)流(liu)量校(xiao)準點(dian)引人的不确定(ding)度urel(Q)和urel(Qs)進.行(hang)分析(xi),得(de)到(dao)電磁(ci)流量(liang)計(ji)的(de)測量(liang)結果如表(biao)3所示(shi)。
 
5結束(shu)語
　　測(ce)量不(bu)确定(ding)度是(shi)一個定量(liang)說明給出(chu)測量結(jie)果的不可确(que)定程度和(he)可信(xin)程度的參(can)數,表征(zheng)了(le)測量(liang)結果(guo)的(de)分(fen)散區(qu)間。通過(guo)對電磁(ci)流量計測量結(jie)果不.确定(ding)度的(de)評定并(bing)結(jie)合圖(tu)1、表2和表3的數據(ju)分析,可以(yi)得出(chu)下列(lie)結論:
1)随着(zhe)校準流量點的(de)不同(tong),各輸人量(liang)标準(zhun)不确(que)定度(du)分量(liang)是(shi)一(yi)個關(guan)于Qs的線(xian)性(xing)函數(shu),但相對(dui)不确定(ding)度基(ji)本保(bao)持一(yi)緻。這也(ye)就是爲(wei)什麽在(zai)流(liu)量計(ji)量中(zhong)常(chang)用(yong)相對(dui)不确定度(du)表示的原(yuan)因(yin)所(suo)在。
2)被(bei)測量示值(zhi)誤差(cha)的合(he)成标準不(bu)确定(ding)度(du)爲(wei)0.06%,而測(ce)量重複(fu)性和标(biao)準裝(zhuang)置引(yin)人的(de)标準(zhun)不(bu)确定度(du)分量(liang)分别(bie)爲0.014%和0.055%。由不(bu)确(que)定度傳(chuan)播率可(ke)知(zhi)，測量重複性和标準(zhun)裝置(zhi)是(shi)測(ce)量結(jie)果不(bu)确定度引(yin)人的主要(yao)分量,兩者(zhe)在最終的(de)不确定(ding)度(du)評定(ding)中占(zhan)比可達到(dao)99.9%;而溫度、壓力、膨脹系數(shu)等其他(ta)因素(su)對最終評(ping)定結(jie)果(guo)的影響(xiang)僅爲0.1%。跟前(qian)者相比，兩(liang)者相(xiang)差不(bu)止一(yi)個(ge)數量級(ji),前者在(zai)最終的(de)評定結果中占(zhan)着更(geng)爲較大的(de)比重。因此(ci)在實(shi)際應用(yong)中(zhong)可以(yi)忽略其(qi)對(dui)測量(liang)結果(guo)的(de)影響。
3)水(shui)流量标(biao)準裝置(zhi)作爲計量标準(zhun),其不(bu)确定(ding)度的(de)高低能直(zhi)接反(fan)映流量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差,進一步(bu)驗證(zheng)了計(ji)量标準在量值(zhi)傳遞(di)與量值(zhi)溯(su)源中(zhong)起到的重(zhong)要作(zuo)用。同時(shi)，爲保證(zheng)流量(liang)計(ji)在(zai)空調(diao)系統中傳(chuan)遞量(liang)值的準(zhun)确統一(yi),應當做(zuo)好(hao)流量(liang)儀表的質(zhi)量控(kong)制,按(an)周期計劃(hua)定期(qi)檢定(ding)或校(xiao)準。
4)相比(bi)于(yu)單純(chun)的用(yong)測(ce)量誤差(cha)來表述(shu)測量結(jie)果,測(ce)量不(bu)确定(ding)度實用(yong)性更強,表述(shu)更加(jia)科學(xue)合理(li),更能(neng)客觀(guan)地評價測量結(jie)果的質量和反(fan)映測量(liang).過(guo)程中(zhong)各因素對(dui)測量結果(guo)的影響。加(jia)強測(ce)量不确定(ding)度理論的應用(yong),在質量控制具有重(zhong)要意義。

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