体积管测量不确定度评定

安徽省计量科学研究院校准和测量能力评定NL-LL033-2012体积管起草人：胡志鹏审核人：陶向宏批准人：孙秀良批准日期：2012-05-29实施日期：2012-05-29体积管校准和测量能力评定1、概述1.1、测量依据：JJG209-2010《体积管检定规程》1.2、计量标准：主要计量标准设备为二等标准金属量器组，测量范围为（1~10000）L。表1.实验室的计量标准器和配套设备序号设备名称技术性能1二等标准金属量器测量范围：（1~10000）L测量不确定度：U=0.025%，k=22比较仪（质量）测量范围：（0~64）kg/1gⅡ级3外径钢尺测量范围：（350~1125）mm最大允许误差：+0.05%4游标卡尺测量范围：（0~300）mm最大允许误差：+0.05%5超声波测厚仪测量范围：（0.8~100）mm最大允许误差：±0.1mm6温度计测量范围：（0~50）℃最大允许误差：±0.1℃7压力表测量范围：根据测量压力确定最大允许误差：±0.4%1.3、被测对象：体积管1.4、测量方法：（1）体积管的入口直接与水泵相连，出口与检定装置相连。根据体积管的标准容积选定并分配标准器，选用一台或几台标准器，并确定使用次数。用于测量总量和测量余量的标准器，其最大允许误差应符合表1的要求。排气，启动水泵，向体积管注水，打开各个排气阀，使水流经体积管、换向器和标准量器流回水池。进行一段时间的水循环，确认排气阀已无气体排出时，关闭排气阀。在进行水循环过程中，测量体积管入口、出口、标准器处及水池的水温，确认整个水循环系统的水温基本达到恒定时，即可进行测量。为加速系统的水温趋于一致，可以使置换器运行。采用容积法进行测量时，应按规定湿润标准量器的内壁，使标准量器处于准备状态。用调节阀调节流量，以确定置换器通过检测开关D1、D2时的流量。为保证置换器能够以同一速度经过D1、D2，在一次检定过程中调节阀的开度应保持一致。置换器在检测开关D1、D2之间运行时，可以适当加大流量，流量大小应以所用标准量器能连续倒换及由换向器行程差引起的误差可以忽略为原则。（D1为第一个检测开关，D2为第二个检测开关）。（2）初始位置为换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。（3）当置换器按一定的流量触发检测开关D1时，启动换向器将水流从旁通侧至标准量器侧，开始计量。（4）当置换器触发检测开关D1时，读取体积管出口处的压力值，作为该次测量时体积管的压力，读取体积管进、出口处得温度，取平均值作为该次测量时体积管的平均温度。（5）置换器在两个检测开关之间运行的时间不少于5min，以减少换向造成的误差。（6）压力测量仪表和温度测量仪表的最大允许误差应符合表1的规定。（7）置换器在检测开关D1、D2之间运行时，可适当加大流量。但应以调定的流量触发检测开关D2同时将水流换至旁通侧，完成一次侧量。（8）按以上程序连续进行测量，测量次数不少于6次。2、数学模型用标准量器测量体积管时的体积流量计算公式：wpppspwssspsFEtDpttttVV)20()()20(1式中：psV——体积管在标准状态下的容积值，L；sV——标准器指示值，L；s，p——标准量器材质、体积管材质的体膨胀系数，1/℃；w——水的体膨胀系数，1/℃；st，pt——标准量器和体积管的壁温，℃；pp——体积管内液体的表压力，Pa；D——体积管标准容积段的内径，m；E——体积管材质的弹性模量，Pa；t——体积管标准容积段的壁厚，m；wF——水的压缩系数，1/Pa。3、标准不确定度评定3.1、标准量器引入的标准不确定度)(srVu最大允许误差为±0.025%的标准量器的标准不确定度为%014.03/%025.0)(srVu，1)(srVc。3.2、体积管漏失量引入的标准不确定度)(lur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内壁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）。按均匀分布，则相对标准不确定度%0035.03/%006.0)(lur，1)(lcr。3.3、标准量器体膨胀系数引入的标准不确定度)(sru标准量器体膨胀系数为161050℃s，不确定度为%10)(srU，按均匀分布，则%8.53/%10)(sru。标准量器水温st在（10~30）℃内变化，因此℃1020st，按最大值考虑，灵敏系数为4105)20()(ssspspsssrtVVc。3.4、水的体膨胀系数引入的标准不确定度)(wru水的体膨胀系数为14100.2℃w，不确定度为%25)(wrU，按均匀分布，则%153/%25)(wru，假设测量一次水温变化不超过0.2℃，则灵敏系数为5104)(wwpspswwrVVc。3.5、体积管体膨胀系数引入的标准不确定度)(pru体积管体膨胀系数为161033℃p，不确定度为%20)(prU，按均匀分布，则%123/%20)(pru。体积管内水温pt在（10~30）℃内变化，因此℃1020pt，按最大值考虑，灵敏系数为4103.3)20()(ppppspspprtVVc。3.6、标准量器壁温引入的标准不确定度)(srtu设标准量器的壁温为20℃，壁温的不确定度为℃2.0)(stU，按均匀分布，则%58.03/202.0)(srtu。161050℃s，14100.2℃w，灵敏系数为3100.3)()(wssspspsssrttVVttc。3.7、体积管壁温引入的标准不确定度)(prtu设体积管的壁温为20℃，壁温的不确定度为℃2.0)(ptU，按均匀分布，则%58.03/202.0)(prtu。161033℃p，14100.2℃w，灵敏系数为3103.3)()(pwpppspspprttVVttc。3.8、液体表压力引入的标准不确定度)(prpu液体表压力由压力表测得，其测量不确定度为%4.0)(prpU，按均匀分布，则%23.03/%4.0)(prpu。11101.2EPa，101061.4wFPa-1，灵敏系数为)()(wpppspspprFEtDppVVppc。3.9、体积管标准容积段的内径引入的标准不确定度)(Dur体积管标准容积段的内径由外径钢尺或游标卡尺测得，其测量不确定度%05.0)(DU，按均匀分布，则%029.03/05.0)(Dur。11101.2EPa，灵敏系数为EtDpDVVDDcppspsr)(。3.10、体积管材质的弹性模量引入的标准不确定度)(Eur设体积管材质的弹性模量的不确定度%10)(EUr，按均匀分布，则%8.53/%10)(Eur。11101.2EPa，灵敏系数为EtDpEVVEEcppspsr)(。3.11、体积管标准容积段的壁厚引入的标准不确定度)(tur体积管标准容积段的壁厚由超声波测厚仪测得，其不确定度1.0)(tUmm，按均匀分布，则%058.03/1.0)(tttur。11101.2EPa，灵敏系数为EtDptVVttcppspsr)(。3.12、水的压缩系数引入的标准不确定度)(wrFu水的压缩系数101061.4wFPa-1，设水的压缩系数的不确定度%10)(wrFU，按均匀分布，则%8.53/%10)(wrFu。灵敏系数wpwpspswwrFpFVVFFc)(。3.13、体积管测量容积值的重复性引入的标准不确定度)(Vur把体积管基本容积多次测量的相对标准偏差s作为体积管容积值的重复性，则%)(100)(VsuVur。灵敏系数1)(Vcr。4、合成标准不确定度4.1、主要标准不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度灵敏系数标准量器%014.0)(srVu1)(srVc体积管漏失量%0035.0)(lur1)(lcr标准量器体膨胀系数%8.5)(sru4105)(src水的体膨胀系数%15)(wru5104)(wrc体积管体膨胀系数%12)(pru4103.3)(prc标准量器壁温%58.0)(srtu3100.3)(srtc体积管壁温%58.0)(prtu3103.3)(prtc液体表压力%23.0)(prpu)()(wpprFEtDppc体积管标准容积段的内径%029.0)(DurEtDpDcpr)(体积管材质的弹性模量%8.5)(EurEtDpEcpr)(体积管标准容积段的壁厚%058.0)(tturEtDptcpr)(水的压缩系数%8.5)(wrFuwpwrFpFc)(体积管测量容积值的重复性VsuVur)(100)(1)(Vcr4.2、合成标准不确定度计算以上各项标准不确定度分量是互不相关的，合成标准不确定度为：2222222222222))()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()(())()((VuVcFuFctutcEuEcDuDcpupctutctutcucucuclulcVuVcurrwrwrrrrrrrprprprprsrsrprprwrwrsrsrrrsrsrc4.3、扩展标准不确定度计算由置信概率P=95%，取包含因子k=2，则ccukuU2。5、对（1~10000）L体积管校准进行测量不确定度评估5.1、1L体积管体积管参数不确定度来源标准不确定度灵敏系数9986.01sVL9984.02sVL9985.03sVL9986.04sVL9985.05sVL9986.06sVL标准量器%014.0)(srVu1)(srVc体积管漏失量%0035.0)(lur1)(lcr标准量器体膨胀系数%8.5)(sru4105)(src水的体膨胀系数%15)(wru5104)(wrc体积管体膨胀系数%12)(pru4103.3)(prc标准量器壁温%58.0)(srtu3100.3)(srtc9985.0sVL5107.3sL3.23Dmm11101.2EPa5.3tmm5104.2ppPa101061.4wFPa-1体积管壁温%58.0)(prtu3103.3)(prtc液体表压力%23.0)(prpu4102.1)(prpc体积管标准容积段的内径%029.0)(Dur6106.7)(Dcr体积管材质的弹性模量%8.5)(Eur6106.7)(Ecr体积管标准容积段的壁厚%017.0)(tur6106.7)(tcr水的压缩系数%8.5)(wrFu4101.1)(wrFc体积管测量容积值的重复性%0037.0)(Vur1)(Vcr合成标准不确定度%016.0cu；扩展标准不确定度%032.0U，2k5.2、10000L体积管体积管参数不确定度来源标准不确定度灵敏系数8.99941sVL8.99932sVL0.99953sVL9.99934sVL1.99935sVL3.99946sVL2.9994sVL28.0sL3.455Dmm11101.2EPa标准量器%014.0)(srVu1)(srVc体积管漏失量%0035.0)(lur1)(lcr标准量器体膨胀系数%8.5)(sru4105)(src水的体膨胀系数%15)(wru5104)(