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【摘要】浮子流量計是一種常用的可變截面式壓差流量計量裝置，結構簡單、成本低、工作可靠性高，可測量流量小和節流壓力損失小的特點，因此，在石油、煤炭、冶金、輕化工業、食品衛生等工業領域中廣泛應用。本文介紹了浮子流量計的應用，以及示值誤差的測量不確定度。測量不確定度是一種對測量結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準裝置檢定浮子流量計時，其測得值的示值誤差不確定度評定方法。依據檢定規程氣體流量中，用容積法測量浮子流量計的實際流量，用其示值誤差的換算公式建立測量模型，分別計算相關關系的輸入量的不確定度分量，得到合理的評定結果。
引言
　　浮子流量汁（又稱轉子流量計）是一種傳統的可變面積式流量測量裝置，當流量發生改變，浮子在垂直錐形管內上下移動時，錐管和浮子之間形成的環行流通面積發生改變，以此原理實現對流量測量的體積式流量儀表。它具有機械結構簡單、加工方便、工作穩定、可靠性高及壓力損失小等優點，尤其可以測量低雷諾數小流量介質的特點，因此在液體、氣體的流量測量和自動控制系統中被廣泛應用。
　　浮子流量計按其結構形式可以分為兩大類：玻璃管浮子流量計，金屬管浮子流量計。
　　玻璃管浮子流量計是實驗室和工業上最常用的一種流量計。其特點在于結構簡單、直觀、壓力損失小、維修方便。玻璃管浮子流量計適用于測量管道直徑小于100mm的小流量，使用該流量計必須安裝在垂直方向的管道上，流體介質自下而上通過。玻璃管浮子流量計的主要測量元件是一根垂直安裝且上面大、下面小的錐形玻璃管，和一個在內部可以上下移動的浮子。當流體自下而上經過錐形玻璃管時，浮子的上下端之間產生壓差，浮子在此差壓作用下上升。當浮子所受差壓力、所受浮力及粘性升力與浮子的重力合力為零時，浮子處于平衡位置。因此，流經玻璃管浮子流量計的流體流量與浮子上升高度，即與流量計的流通面積之間存在著一定的比例關系，浮子的位置高度所在的刻度可作為流量計示值。
　　金屬管浮子流量計特點在于結構簡單、工作可靠、精度高、適用范圍廣。與玻璃管浮子流量計相比較，能耐較高的壓力。該流量計具有就地指示、電遠傳、限位開關報警、耐腐蝕、夾套型、阻尼型和防爆型等多設計品種。廣泛應用于國防、化工、石油、冶金、電力、環保、醫藥和輕工等行業的液體、氣體流量的測量與自動控制。金屬管浮子流量計主要由三大基本部分組成：測量管體、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，以不接觸方式，將浮子位移量傳給指示器指示出流量的大小；也可裝配不同的轉換器，將流量值轉換成標準電遠傳信號，實現遠距離顯示、記錄、積算和控制等功能。
　　金屬管浮子流量計用于氣體測量時，制造商需要以標準狀態（20℃、101.325Pa）下的干空氣作為氣體標尺分度。如果金屬管浮子流量計在特殊壓力下的校準時，氣體在流量計的出口直接排放到大氣，將會在浮子處產生較大的壓力損失，引起數據缺乏真實。因此在這樣的工況條件下，應當在流量計的出口安裝一個閥門，以便對所需流量值進行設定；當浮子上方維持標校壓力時，氣體將在閥門處膨脹。測量時還應保證管道壓力不小于5倍儀表壓力損失，以確保浮子工作穩定，因此，一般測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準裝置對浮子流量計開展檢定時，從被檢計量器具重復性、標準器引入的不確定度分量、氣體流量溫度及壓力補償方面的考慮，對被檢浮子流量計進行不確定度分析。
1概述
1.1檢定依據
　　JJG257-2007《浮子流量計檢定規程》
1.2環境條件
　　檢定溫度為（5~35）℃，相對濕度為（45~75）%，大氣壓力為（86~106）kPa。
1.3計量標準
　　鐘罩式氣體流量標準裝置（以下簡稱鐘罩），精度等級為0.2級。
1.4被檢對象
　　氣體浮子流量計（以下簡稱流量計），最大流量為25L/min,精度等級為2.5級，刻度溫度：20℃，刻度壓力：101.32kPa，介質：空氣。
1.5檢定方法
　　鐘罩排出氣體流入流量計，測量排出鐘罩的氣體體積和同步累計時間，以及鐘罩內和流量處的氣體壓力和溫度，計算出流量計在刻度狀態下的實際流量。當檢定用介質密度與刻度介質密度不同時，實際流量應進行修正。計算流量計的刻度流量與流量計在刻度狀態下的實際流量之差，即可得到該浮子流量計的示值誤差。
2數學模型

式中：δ——流量計的示值誤差(L/min)；qVS——流量計的刻度流量(L/min)；pN、ps、pm——分別為刻度狀態、鐘罩內和流量計前的氣體絕對壓力；TN、Ts、Tm——分別為刻度狀態、鐘罩內和流量計前的氣體熱力學溫度。
PN=101325Pa；TN=293.15K。
3輸入量的標準不確定度評定
3.1輸入量qVS的標準不確定度u(qVS)評定
　　輸入量qVS的不確定度主要來源于流量計的測量重復性，可通過連續測量得到測量列，采用A類方法進行評定。對流量計在刻度6L/min流量下連續測量6次，得到示值分別為：5.924、5.906、5.884、5.873、5.821、5.905（L/min），按極差法計算單次測量實驗標準差

1. 輸入量V的標準不確定度u(V)的評定

　　輸入量V的不確定度主要來源于鐘罩式氣體流量標準裝置的不確定度，采用B類方法進行評定。0.5級鐘罩流量測量不確定度為Urel=0.5%，包含因子k=2，當標準容積為50L時，則標準不確定度為

3.3輸入量ps的標準不確定度u(ps)的評定
　　輸入量ps的不確定度是由傾斜式微壓計和空盒氣壓表的示值誤差引起的不確定度u(ps1)，由鐘罩的壓力波動引起的不確定度u(ps2)，采用B類方法進行評定。
　　1.0級傾斜式微壓計的最大允許誤差為±1.0%，當鐘罩內壓力為2000Pa時，最大示值誤差為±20Pa，空盒氣壓表的最大允許誤差為±200Pa，估計兩者均服從均勻分布，所以傾斜式微壓計和空盒氣壓表的示值誤差之和應在±220Pa范圍內服從三角分布，包含因子k=/6，則標準不確定度為

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

　　鐘罩溫度差控制不大于0.5℃，區間半寬為0.25K，估計服從均勻分布，包含因子k=/3，所以，標準不確定度為


3.5輸入量pm的標準不確定度u(pm)的評定
　　輸入量pm的不確定度是由傾斜式微壓計、空盒氣壓表的示值誤差和鐘罩的壓力波動引起的，該項評定同3.3，所以
u(pm)=u(ps)=91Pa,v(pm)=50
3.6輸入量Tm的標準不確定度u(Tm)的評定
　　輸入量Ts的不確定度是由溫度計的示值誤差和檢定過程溫度波動引起的，該項評定同3.4，所以，
u(Tm)=0.2K,v(Tm)=61
3.7輸入量t的標準不確定度u(t)的評定
　　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，估計服從均勻分布，包含因子k=/3，則標準不確定度為

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

5擴展不確定度的評定
取包含因子
k=2，擴展不確定度為
U=k×uc(δ)=2×0.06=0.12L/min
相對擴展不確定度為

6測量不確定度的報告與表示
　　氣體浮子流量計在流量計刻度為6L/min，相對擴展不確定度為
Urel=0.5%　k=2
7結束語
　　以上對被檢浮子流量計測量結果的不確定度來源進行了較為深入的分析，可以作為以后浮子流量計檢定校準工作的參考。

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