影响砂浆流量计误差的因素及不确定度分析

摘要：针对目前砂浆流量计的广泛应用，简要介绍影响砂浆流量计示值误差的不利因素以及对其不确定度的分析。
1、引言
随着工业自动化的迅速发展，越来越多的流量计被用于工业生产和贸易结算，因此流量计的计量检定校准占据着越来越重要的地位，在众多种类的流量计中，砂浆流量计以其传感器结构简单、测量管径无压损、准确度高、性能优良等诸多优点，被应用在各个领域。砂浆流量计有许多优点，但若选型不合理、现场安装不妥、使用不当，都将会引起误差的增大，示值不稳定，甚至表体损坏。针对大庆地区各大采油厂的实际情况，正确的安装方法成了流量计准确计量的关键。
如果在实验室进行检定校准，以上这些不利因素就可以有效地减轻甚至避免，下面将在实验室环境下和模拟现场环境下对同一砂浆流量计进行不确定度的分析。
2、实验室条件下的不确定度分析
2.1 实验要求
依据JJG1033-2007《砂浆流量计检定规程》，选定一台DN100mm砂浆流量计作为校准对象，测量标准和主要配套仪器设备为DN(80-250)mm水流量标准装置，不确定度为0.066%(k=2)。
2.2 数学模型
2.2.1 体积流量计算
由于水的体积压缩系数很小，当压力变化不是很大时，可将水看做是不可压缩的流体，因此由标准装置得到的水的体积流量为：

2.2 流量计误差
砂浆流量计准确度的表示方法有三种：相对示值误差、满量程引用误差、相对示值误差与满量程引用误差相结合。因为针对一个固定的流量点误差总可以用任一种方式表述，而流量计量中，相对示值误差应用场合较多，所以下面的分析均采用相对示值误差的表示方法。

2.3 灵敏系数
灵敏系数C的表达式为：

2.4 各分量标准不确定度评定
标准不确定度的来源主要有两个方面：由被校流量计测量重复性引入的不确定度分量u（Er）和标准装置引入的不确定度分量u（Qs）。
2.4.1 被校流量计测量重复性引入的不确定度分量u（Er）的评定DN100mm砂浆流量计，其流量范围为（4～45）m3/h，各测量点测量重复性按下式计算：

从表中已得出各测量点的Eri值。为此每个流量点由测量重复性引入的不确定度为：

2.4.2 标准装置引入的不确定度分量u（Qs）的评定
本分量主要由标准装置引入的，其不确定度来源主要有计时器频率稳定度、标准工作量器的不确定度、换向器的累计时间、温度变送器的误差、压力变送器的误差等引入的。黑龙江省计量检定测试院检定该装置时已将上述各项不确定因素考虑在内，在检定证书上已给出扩展不确定度为U=0.066%（k=2）。则标准装置引入的不确定度分量为：

2.5 合成相对标准不确定度Uc的评定合成相对标准不确定度Uc的评定

2.6 扩展不确定度的评定
取包含因子k=2时，则扩展不确定度结果如表1：

通过在实验室条件下对该流量计的检定，符合流量计的等级标准，下面将模拟现场安装条件来对该流量计进行检定。
3、实验室条件下的不确定度分析
为了模拟现场管道中流量不稳的情况，将该流量计上游处安装一个同口径的涡街流量计，因为涡街流量计表体中有可产生旋涡的阻流件，可以模拟现场的流体不稳定情况。其测量后的具体数据如表2：

4、结论
实验室条件下和模拟现场条件下的不确定度比较（表3）两次结果可以看出，两次实验各个流量点的不确定度差距非常大。可见，砂浆流量计对安装条件还是比较苛刻的。

5、结束语
通过对流量计在不同环境下不确定度的评定，可以看出现场安装条件对流量计误差和不确定度的影响。如果流量计在现场使用时没有正确安装，例如直管段长度不够、管径内液体不是理想液体、环境温度超出流量计正常使用范围，都有可能对流量计的测量结果造成极大的影响，可是现场条件未必能像实验室的安装条件一样理想，这就需要使用单位对流量计的性能作必要的了解和对现场安装条件的严格把关。