超声流量计测量误差不确定度的评定方法

超声流量计测量误差不确定度的评定

1. 概述

1.1 测量依据：JJG1030-2007《超声流量计》。

1.2 测量环境条件：温度：（5~45）℃，相对湿度：（35~95）%RH ，大气压力：

（86~106）kPa 。

1.3 计量标准：液体流量标准装置。 1.4 被测对象：超声流量计。

1.5 测量方法：超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，流速乘以截面积就是流量。由于管道公称直径不是外径，也不是内径，而是近似钢管内径的一个名义尺寸，每一公称直径对应一个外径，其内径数值随厚度不同而不同。每次必须测量管道外径d 和管道厚度b ，由流量计测出流体流速，输入管道外径d 和管道厚度b ，由函数关系式计算出流体的流量。

2.数学模型

由分度值为0.1mm 的超声波测厚仪重复10次测量厚度b ，由分度值为1mm

的钢卷尺重复10次测量管道外径d ，由分度值为0.0001m/s 的超声波流量计重

由测得数据计算管道外径d 、厚度b 和流体流速v 的测量平均值：d 均

=111.0mm ，b 均=5.1mm ，v 均=4.1555m/s ，则流量Q 的测量结果的估计值为：

2

3

2119.32/2d b Q v m h π-⎧⎫=⨯⨯=⎨⎬⎩⎭

3.标准不确定度的评定

分析测量方法可知，对流量Q 的测量不确定度影响显著的因素主要有：管道外径d ，管道壁厚b ，流体流速v 的测量重复性引起的不确定度u 1、u 2、u 3；钢卷

尺示值误差引起的不确定度u 4；测厚仪示值误差引起的不确定度u 5；超声波流量计示值误差引起的不确定度u 6。分析这些不确定度特点可知，不确定度u 1、u 2、u 3应采用A 类评定方法，不确定度u 4、u 5、u 6应采用B 类评定方法。测量结果受多种因素影响形成了若干个不确定度分量，测量结果的标准不确定度用各标准不确定度分量合成后，得到合成标准不确定度用u c 表示。为了求得u c ，首先需分析各种影响因素与测量结果的关系，以便准确评定各不确定度分量，然后才能进行合成标准不确定度的计算。

3.1管道外径d 的测量重复性引起的标准不确定度分量u 1

按A 类不确定度评定，由外径d 的10次测量值求得平均值的标准差

σd =0.172mm ，则外径d 的测量不确定度u d =σd =0.172mm 。又因为()

22

Q v d b d π

∂=-∂故由外径d 测量重复性引起的不确定度分量为：

310.20/d Q

u u m h d

∂=

=∂ 3.2厚度b 的测量重复性引起的标准不确定度分量u 2

由厚度b 的10次测量值求得平均的标准差σb =0.0483mm ，则厚度b 的测量

标准不确定度u b =σb =0.0483mm 。又因为()2Q

v b d b

π∂=-∂，故由厚度b 测量重复

性引起的不确定度分量为：

320.23/b Q

u u m h b

∂=

=∂ 3.3流速v 的测量重复性引起的标准不确定度分量u 3

由流速v 的10次测量值求得平均的标准差σv =0.0023m/s ，则流速v 的测量

标准不确定度u v =σv =0.0023m/s 。又因为2

22Q d b v π∂-⎛⎫=⨯ ⎪∂⎝⎭，故由流速v 测量重

复性引起的不确定度分量为：

3v Q

u u v

∂=

=∂0.07m 3/h 3.4钢卷尺的示值误差引起的标准不确定度分量μ4

由钢卷尺的检定证书给出其示值误差范围±0.5mm，取均匀分布，按B 类不确定

度评定，计算得钢卷尺示值标准不确定度u 仪1。由此引起的外径测量的标准不确定度分量为：

44d Q

u u d

∂==

∂u 仪1=0.08 m 3/h 3.5超声波测厚仪的示值误差引起的不确定度分量u 5

由超声波测厚仪的校准证书给出其示值误差，按2倍标准差计算为0.04mm ，按B 类不确定度评定，其标准不确定度为u 仪2=0.02mm 。由此引起的厚度测量的标准不确定度分量为：

55b Q

u u b

∂==

∂u 仪2=0.10 m 3/h 3.6超声波流量计示值误差引起的不确定度分量u 6

由超声波流量计的校准证书给出，按B 类不确定度评定，其相对扩展不确定度为0.04%（k =2），则其标准不确定度为u 仪3=0.02m 3/h 。即：

360.02/u m h =

4.标准不确定度汇总 序号 不确定度来源 符号 标准不确定度 1 管道外径d 的测量重复性 u 1 0.20 m 3/h

2 厚度b 的测量重复性 u 2 0.2

3 m 3

/h 3 流速v 的测量重复性 u 3 0.07 m 3/h 4 钢卷尺的示值误差 u 4 0.08 m 3/h 5 超声波测厚仪的示值误差 u 5 0.10 m 3/h 6 超声波流量计示值误差 u 6 0.02 m 3/h 5.合成不确定度

因不确定度分量u 1、u 2、u 3、u 4、u 5、u 6相互独立，则流体流量的合成标

准不确定度：

222222123456c u u u u u u u =+++++=0.34 m 3/h

6.扩展不确定度

取k =2，超声流量计测量结果的扩展不确定度U =ku c =0.7m 3/h 。 7.不确定度报告与表示

超声流量计测量结果的扩展不确定度U =0.7m 3/h ，k =2。