蒸汽流量计实流检定的不确定度分析
蒸汽在工业生产中是一种重要的二次能源,它的准确计量对当前国内的节能降耗,提高企业能源管理水平起着关键的作用。蒸汽由于其复杂的物理特性是其成为流量计量中一个难于解决的问题。
目前用于蒸汽流量计量的仪表主要有涡街流量计、分流旋翼式流量计以及节流式流量计等,近几年来涡街流量计由于其压损小、精度高、测量范围宽等特点,被大量应用于蒸汽流量的测量。涡街流量计可以用来计量液体、气体以及蒸汽的流量,涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。根据卡门渴街原理,漩涡发生体形成漩渴后,传感器采集频率信号,通过转换器放大、滤波处理后计算并显示瞬时流量和累计流量。
1.蒸汽实流检定装置的结构原理
蒸汽实流检定装置的计量方法是蒸汽冷凝称重法,是把蒸汽经过一系列处理后,通过被检定蒸汽流量计后冷凝成水进行称量,称量的水和通过流量计的蒸汽量的质量是相等的,同时采集通过流量计的时间,由流量公式计算得到流量,达到检定流量计的目的。该装置主要由稳压罐、电子秤、冷凝器、換向器、温度变送器、压力变送器、冷却塔等组成。
2.涡街流量计实流标定下数学建模
蒸汽流量标准装置采用冷凝称重法,是对流过蒸汽流量仪表的质量流量的计量,因此,用蒸汽流量标准装置对涡街流量计进行检测,其单次测量的误差公式为：
Ei=(Mi-ms)/ms=mi/Ms-1
式中:Ei为涡街流量计示值误差,%；mi为涡街流量计显示值,kg;ms为标准装置的流量值,kg。
3.不确定度分析
3.1标准装置的不确定度ur(ms)
标准装置的不确定度等级为ur(ms)=0.2%,按正态分布,k=2,则ur(ms)=0.2%/2=0.1%
灵敏系数cr(ms)=∂Ei/∂ms=-1.02
3.2被检流量计显示值的不确定度ur(mi）
由于所选涡街为流量积算仪加涡街流量传感器的形式,此方式也为当前大多数生产厂家所采用,这里需要将流量传感器与流量积算仪的不确定度共同作为被检流量计显示值的不确定度。
(1)数学模型
式中:b为阻流件的宽度,m;为流经流量计的流体平均流速,m/s;f为旋渴的频率,Hz;Sr为斯特罗哈尔数;Qi为检定期间流过流量计的累积量,m3;s为流量计的流通面积,m2;t为检定时间,s。
式中:pi为检定期间流经流量计的蒸汽密度,kg/m3;为检定期间流经流量计的蒸汽平均压力,MPa;为检定期间流经流量计的蒸汽平均温度,K。
式中:mi为检定期间流经流量计的蒸汽累积质量,kg;n为检定期间流经流量计输出脉冲数，
所以取0.9MPa,250℃蒸汽条件下,灵敏系数
(2)不确定度来源分析
①用于流量计密度计算的绝压变送器的不确定度ur[p];
②用于流量计密度计算的温度变送器的不确定度ur[T]
③被检流量计各流量点误差重复性ur[Er]
④被检流量计的平均误差标准偏差
(3)标准不确定度分量评定
①流量计密度计算的绝对压力变送器的不确定度ur(p)选择压力变送器允许误差0.1%,压力变送器在满量程的2/3处使用,按矩形分布考虑
②流量计密度计算的的温度变送器的不确定度ur[T]选择温度变送器允许误差士0.1℃,气体温度为20℃。
则
③被检流量计各流量点误差的重复性
④被检流量计的平均误差的标准偏差
在用蒸汽量为100kg的条件下,对流量仪表各个流量点进行测量
3.3不确定度分析一览表
3.4合成标准不确定度
3.5扩展不确定度
4.结论
采用蒸汽冷凝法蒸汽流量计量检定裝置对涡街流量计进行检定,其不确定度的分析与在空气装置中采用标准表进行检定相比较,由于存在以下几点区别,使分析方法和结论上存在
差异。
(1)冷凝法蒸汽检定装置中是对涡街流量计质量流量的计量,空气检定装置中是对涡街流量计体积流量的计量。
(2)冷凝法蒸汽检定装置中温变、压变是对蒸汽密度的计算,空气检定装置中是将体积流量换算成标准表条件下的体积流量
(3)数学建模方式存在本质性的差异