熱式質(zhì)量流量計測量結果不確定度的評定方法

    引言

    我們知道進(jìn)行測量就是要得到被測量的真值，但是由于存在測量誤差，所以導致很難確定測量的真值，而測量的結果就只能得到一個(gè)與真值接近的近似估計值和一個(gè)用于表示近似程度的誤差范圍來(lái)表示。因此我們通常利用測量不確定度來(lái)定量的評定測量的水平或質(zhì)量。而測量的不確定度包括A類(lèi)不確定度評定和B類(lèi)不確定度評定，A類(lèi)不確定度評定是對測量結果的統計分布進(jìn)行估計，并表示為標準差。它是經(jīng)過(guò)多次測量之后，根據大量觀(guān)測數據經(jīng)統計分析得出。B類(lèi)不確定度評定是依據經(jīng)驗或有關(guān)信息加以估計的。兩類(lèi)不確定度評定只是按照不確定度計算方法不同而區分的，不存在哪一類(lèi)不確定度評定更為可靠之說(shuō)。

    一、引起測量結果的不確定度的來(lái)源

    通常產(chǎn)生測量過(guò)程中的系統效應和隨機效應都會(huì )帶來(lái)測量的不確定度，他可能產(chǎn)生的因素包括下面幾個(gè)方面，可能是被測量的定義不完整或不完善引入的不確定度，實(shí)現被測量定義的方法不理想引入的不確定度，取樣的代表性不夠，即被測量的樣本不能完全代表所定義的被測量所引入的不確定度，對測量過(guò)程受環(huán)境影響的認識不周全，或對環(huán)境條件的測量與控制不完善所引入的不確定度，對模擬式一起的讀書(shū)存在人為偏差（偏移）引入的不確定度，測量?jì)x器計量性能（如靈敏度，分辨力，死區及穩定性等）上的局限性引入的不確定度，賦予計量標準的值和標準物質(zhì)的值不準確引入的不確定度，引用的數據或其他參量的不確定度引入的不確定度，與測量方法和測量程序有關(guān)的近似性和假定性引入的不確定度，在表面上看來(lái)完全相同的條件下，被測量重復觀(guān)測值的變化引入的不確定度，而通過(guò)對熱式質(zhì)量流量計的分析，我們可以知道熱式質(zhì)量流量計的測量結果的不確定度包括A類(lèi)不確定度和B類(lèi)不確定度，其中熱式質(zhì)量流量計的測量重復性引入的不確定度屬于A(yíng)類(lèi)不確定的不確定度和被檢流量計的分辨力引入的不確定度為B類(lèi)不確定度。

    二、使用的測量方法和數學(xué)模型

    我們根據國家標準《質(zhì)量流量計》中的相關(guān)的項目檢測方法進(jìn)行了實(shí)驗，對流量為10kg/h的流量點(diǎn)進(jìn)行了6次實(shí)驗。我們采用的數學(xué)模型如下所示

    E=Q-Q_s    （2.1）

    其中：E——被檢流量計的誤差值，kg/h；

    Q——被檢流量計的質(zhì)量流量，kg/h；

    Qs——標準流量計的質(zhì)量流量，kg/h。

    由于不確定度傳播定律為：，

    式中：，

    則：。

    三、不確定度的評定方法

    （一）標準器引入的不確定度為u（Qs）

    由于使用的是音速?lài)娮鞓藴恃b置，從證書(shū)中可知累積流量的擴展不確定度為U=0.25%，k=2.因此u（Qs）=0.25%/2=0.125%（kg/h）。

    （二）被檢熱式質(zhì)量流量計引入的不確定度為u(Q)

    1、設被檢流量計測量重復性引入的標準不確定度為u₁(Q)

    我們對10kg/h的流量點(diǎn)進(jìn)行了6次的重復性實(shí)驗，如下表。

    標準差的計算方法使用貝塞爾公式如下所示：

    則標準不確定度為u₁(Q)=0.18(kg/h)，其自由度為ν(Q)=6-1=5

    2、被檢流量計分辨力引入的不確定度u₂(Q)

    由于使用的被檢流量計的最小分辨力為0.1kg/h，服從均勻分布，，其標準不定度為，估計不可靠性為20%，則自由度。

    標準不確定度為，自由度為。

    四、合成不確定度表示為uc

    由于輸入的量是獨立且不相關(guān)的，所以合成標準不確定度可以按照下面的式子計算： ，

    五、擴展不確定度表示為U

    我們取p=95%，包含因子k=tp=(ν=5)=2.26，則流量計的擴展不確定度為：

    U₉₅r(E)=t₉₅(veff)•u(E)=2.26×0.18=0.41(kg/h)，所以由上述分析可以得到熱式質(zhì)量流量計的測量結果的擴展不確定度為U₉₅=0.41(kg/h)，置信水平p=95%，包含因子k=2.26。

    則測量結果可表示為Q=(9.6±0.41)kg/h

    六、結論

    通過(guò)實(shí)驗和有關(guān)的實(shí)際情況，我們給出了三個(gè)影響熱式質(zhì)量流量計測量精度的不確定度的來(lái)源，同時(shí)我們根據相關(guān)的數學(xué)模型，對測量結果有影響的各個(gè)參量進(jìn)行了計算，可知由流量計引入的不確定度為u(Q)=0.18kg/h，由實(shí)驗的標準檢定引入的不確定度為u(Q)=0.00125kg/h，合成標準不確定度uc=0.18kg/h，擴展不確定度U=k×uc=0.41kg/h，測量結果為Q=(9.6±0.41)kg/h。