超声波流量计测量误差不确定度的评定方法

　　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。

　　1　数学模型

　　由分度值为0·1 mm的超声波测厚仪重复10次测量厚度b,由分度值为1 mm的钢卷尺重复10次测量管道外径d,由分度值为0·000 1 m/s的超声波流量计重复10次测量流速v,测得数据见表1

　　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=111·0 mm,b均=5·1 mm,v均=4·155 4 m/s,则流量Q的测量结果的估计值为:

　　2　不确定度计算

　　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μ1、μ2、μ3;钢卷尺示值误差引起的不确定度μ4;测厚仪示值误差引起的不确定度μ5;时差式超声波流量计示值误差引起的不确定度μ6。分析这些不确定度特点可知,不确定度μ1、μ2、μ3应采用A类评定方法,不确定度μ4、μ5、μ6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μc表示。为了求得μc,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。

　　2·1　各主要因素引起的不确定度分量

　　(1)管道外径d的测量重复性引起的标准不确定度分量μ1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=0·085 mm,则外径d的测量不确定度μd=σd=0·085 mm。又因为故由外径d测量重复性引起的不确定度分量为:

　　(2)厚度b的测量重复性引起的标准不确定度分量μ2。由厚度b的10次测量值求得平均的标准差σb=0·003 2 mm,则厚度b的测量标准不确定度μb=σb=0·003 2 mm。又因为故由厚度b测量重复性引起的不确定度分量为:

　　(3)流速v的测量重复性引起的标准不确定度分量μ3。由流速v的10次测量值求得平均的标准差σv=0·002 4 m/s,则流速v的测量标准不确定度μv=σv=0·002 4 m/s。又因为故由流速v测量重复性引起的不确定度分量为: