【摘要】浮子流量計(jì)是一種常用的可變截面式壓差流量計(jì)量裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠性高，可測(cè)量流量小和節(jié)流壓力損失小的特點(diǎn)，因此，在石油、煤炭、冶金、輕化工業(yè)、食品衛(wèi)生等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。本文介紹了浮子流量計(jì)的應(yīng)用，以及示值誤差的測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度是一種對(duì)測(cè)量結(jié)果可信程度的表示方式，文章后半部分講述了鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定浮子流量計(jì)時(shí)，其測(cè)得值的示值誤差不確定度評(píng)定方法。依據(jù)檢定規(guī)程氣體流量中，用容積法測(cè)量浮子流量計(jì)的實(shí)際流量，用其示值誤差的換算公式建立測(cè)量模型，分別計(jì)算相關(guān)關(guān)系的輸入量的不確定度分量，得到合理的評(píng)定結(jié)果。
引言
　　浮子流量汁（又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)）是一種傳統(tǒng)的可變面積式流量測(cè)量裝置，當(dāng)流量發(fā)生改變，浮子在垂直錐形管內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)，錐管和浮子之間形成的環(huán)行流通面積發(fā)生改變，以此原理實(shí)現(xiàn)對(duì)流量測(cè)量的體積式流量?jī)x表。它具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、工作穩(wěn)定、可靠性高及壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)，尤其可以測(cè)量低雷諾數(shù)小流量介質(zhì)的特點(diǎn)，因此在液體、氣體的流量測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
　　浮子流量計(jì)按其結(jié)構(gòu)形式可以分為兩大類：玻璃管浮子流量計(jì)，金屬管浮子流量計(jì)。
　　玻璃管浮子流量計(jì)是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上最常用的一種流量計(jì)。其特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、壓力損失小、維修方便。玻璃管浮子流量計(jì)適用于測(cè)量管道直徑小于100mm的小流量，使用該流量計(jì)必須安裝在垂直方向的管道上，流體介質(zhì)自下而上通過。玻璃管浮子流量計(jì)的主要測(cè)量元件是一根垂直安裝且上面大、下面小的錐形玻璃管，和一個(gè)在內(nèi)部可以上下移動(dòng)的浮子。當(dāng)流體自下而上經(jīng)過錐形玻璃管時(shí)，浮子的上下端之間產(chǎn)生壓差，浮子在此差壓作用下上升。當(dāng)浮子所受差壓力、所受浮力及粘性升力與浮子的重力合力為零時(shí)，浮子處于平衡位置。因此，流經(jīng)玻璃管浮子流量計(jì)的流體流量與浮子上升高度，即與流量計(jì)的流通面積之間存在著一定的比例關(guān)系，浮子的位置高度所在的刻度可作為流量計(jì)示值。
　　金屬管浮子流量計(jì)特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高、適用范圍廣。與玻璃管浮子流量計(jì)相比較，能耐較高的壓力。該流量計(jì)具有就地指示、電遠(yuǎn)傳、限位開關(guān)報(bào)警、耐腐蝕、夾套型、阻尼型和防爆型等多設(shè)計(jì)品種。廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、石油、冶金、電力、環(huán)保、醫(yī)藥和輕工等行業(yè)的液體、氣體流量的測(cè)量與自動(dòng)控制。金屬管浮子流量計(jì)主要由三大基本部分組成：測(cè)量管體、錐形浮子、指示器。浮子的位移量與流量的大小成比例，通過磁耦合系統(tǒng)，以不接觸方式，將浮子位移量傳給指示器指示出流量的大�。灰部裳b配不同的轉(zhuǎn)換器，將流量值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電遠(yuǎn)傳信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示、記錄、積算和控制等功能。
　　金屬管浮子流量計(jì)用于氣體測(cè)量時(shí)，制造商需要以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃、101.325Pa）下的干空氣作為氣體標(biāo)尺分度。如果金屬管浮子流量計(jì)在特殊壓力下的校準(zhǔn)時(shí)，氣體在流量計(jì)的出口直接排放到大氣，將會(huì)在浮子處產(chǎn)生較大的壓力損失，引起數(shù)據(jù)缺乏真實(shí)。因此在這樣的工況條件下，應(yīng)當(dāng)在流量計(jì)的出口安裝一個(gè)閥門，以便對(duì)所需流量值進(jìn)行設(shè)定；當(dāng)浮子上方維持標(biāo)校壓力時(shí)，氣體將在閥門處膨脹。測(cè)量時(shí)還應(yīng)保證管道壓力不小于5倍儀表壓力損失，以確保浮子工作穩(wěn)定，因此，一般測(cè)量氣體的儀表配有氣體阻尼器，以最大限度減小浮子震蕩。
　　下面介紹用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)浮子流量計(jì)開展檢定時(shí)，從被檢計(jì)量器具重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量、氣體流量溫度及壓力補(bǔ)償方面的考慮，對(duì)被檢浮子流量計(jì)進(jìn)行不確定度分析。
1概述
1.1檢定依據(jù)
　　JJG257-2007《浮子流量計(jì)檢定規(guī)程》
1.2環(huán)境條件
　　檢定溫度為（5~35）℃，相對(duì)濕度為（45~75）%，大氣壓力為（86~106）kPa。
1.3計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)
　　鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（以下簡(jiǎn)稱鐘罩），精度等級(jí)為0.2級(jí)。
1.4被檢對(duì)象
　　氣體浮子流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱流量計(jì)），最大流量為25L/min,精度等級(jí)為2.5級(jí)，刻度溫度：20℃，刻度壓力：101.32kPa，介質(zhì)：空氣。
1.5檢定方法
　　鐘罩排出氣體流入流量計(jì)，測(cè)量排出鐘罩的氣體體積和同步累計(jì)時(shí)間，以及鐘罩內(nèi)和流量處的氣體壓力和溫度，計(jì)算出流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量。當(dāng)檢定用介質(zhì)密度與刻度介質(zhì)密度不同時(shí)，實(shí)際流量應(yīng)進(jìn)行修正。計(jì)算流量計(jì)的刻度流量與流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量之差，即可得到該浮子流量計(jì)的示值誤差。
2數(shù)學(xué)模型

式中：δ——流量計(jì)的示值誤差(L/min)；qVS——流量計(jì)的刻度流量(L/min)；pN、ps、pm——分別為刻度狀態(tài)、鐘罩內(nèi)和流量計(jì)前的氣體絕對(duì)壓力；TN、Ts、Tm——分別為刻度狀態(tài)、鐘罩內(nèi)和流量計(jì)前的氣體熱力學(xué)溫度。
PN=101325Pa；TN=293.15K。
3輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
3.1輸入量qVS的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(qVS)評(píng)定
　　輸入量qVS的不確定度主要來(lái)源于流量計(jì)的測(cè)量重復(fù)性，可通過連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。對(duì)流量計(jì)在刻度6L/min流量下連續(xù)測(cè)量6次，得到示值分別為：5.924、5.906、5.884、5.873、5.821、5.905（L/min），按極差法計(jì)算單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

1. 輸入量V的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V)的評(píng)定

　　輸入量V的不確定度主要來(lái)源于鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。0.5級(jí)鐘罩流量測(cè)量不確定度為Urel=0.5%，包含因子k=2，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)容積為50L時(shí)，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.3輸入量ps的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ps)的評(píng)定
　　輸入量ps的不確定度是由傾斜式微壓計(jì)和空盒氣壓表的示值誤差引起的不確定度u(ps1)，由鐘罩的壓力波動(dòng)引起的不確定度u(ps2)，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。
　　1.0級(jí)傾斜式微壓計(jì)的最大允許誤差為±1.0%，當(dāng)鐘罩內(nèi)壓力為2000Pa時(shí)，最大示值誤差為±20Pa，空盒氣壓表的最大允許誤差為±200Pa，估計(jì)兩者均服從均勻分布，所以傾斜式微壓計(jì)和空盒氣壓表的示值誤差之和應(yīng)在±220Pa范圍內(nèi)服從三角分布，包含因子k=/6，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.4輸入量Ts的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Ts)的評(píng)定
　　輸入量Ts的不確定度是由溫度計(jì)的示值誤差引起的不確定度u(Ts1)，檢定過程中鐘罩內(nèi)的氣體溫度波動(dòng)引起的不確定度u(Ts2)，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。
　　分度值為0.2℃的工作用玻璃液體溫度計(jì)的最大允許誤差為±0.3℃，即為±0.3K，估計(jì)服從均勻分布，包含因子k=/3，所以，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

　　鐘罩溫度差控制不大于0.5℃，區(qū)間半寬為0.25K，估計(jì)服從均勻分布，包含因子k=/3，所以，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為


3.5輸入量pm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(pm)的評(píng)定
　　輸入量pm的不確定度是由傾斜式微壓計(jì)、空盒氣壓表的示值誤差和鐘罩的壓力波動(dòng)引起的，該項(xiàng)評(píng)定同3.3，所以
u(pm)=u(ps)=91Pa,v(pm)=50
3.6輸入量Tm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Tm)的評(píng)定
　　輸入量Ts的不確定度是由溫度計(jì)的示值誤差和檢定過程溫度波動(dòng)引起的，該項(xiàng)評(píng)定同3.4，所以，
u(Tm)=0.2K,v(Tm)=61
3.7輸入量t的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(t)的評(píng)定
　　輸入量t的不確定度是由電子秒表的示值誤差引起的，電子秒表的最大允許誤差為±0.5s/d，估計(jì)服從均勻分布，包含因子k=/3，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

c4=0.088L/(min·K)，c5=1.24×10-4L(min·Pa)，c6=-0.043L/(min·K)，c7=12.7L/(min·min)。
4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表
見表1。
4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
　　輸入量qVS、V、ps、Ts、pm、Tm、t彼此獨(dú)立，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式計(jì)算得：

5擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
取包含因子
k=2，擴(kuò)展不確定度為
U=k×uc(δ)=2×0.06=0.12L/min
相對(duì)擴(kuò)展不確定度為

6測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示
　　氣體浮子流量計(jì)在流量計(jì)刻度為6L/min，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為
Urel=0.5%　k=2
7結(jié)束語(yǔ)
　　以上對(duì)被檢浮子流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度來(lái)源進(jìn)行了較為深入的分析，可以作為以后浮子流量計(jì)檢定校準(zhǔn)工作的參考。

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