皮带秤检定装置的测量不确定度的分析与评定

1、皮带秤检定装置的测量不确定度的分析与评定1、目的一切测量结果都不可避免具有不确定度。要完整的对测 量结果的质量有一个定量的描述，使人们能了解测量结果的 可靠性，就应当进行测量不确定度评定与表示。2、要求 建立皮带秤检定的计量标准装置，计算该装置的测量不确定度。要求该装置的扩展不确定度U小于皮带秤允差的1/3 ,即允差w 1/3U.准确度等级的覆盖范围为： 0.5 级皮带秤。3 、检定方法和数学模型3.1 检定方法按国家计量检定规程，我们采用物料实验。物料实验是 采用皮带秤预期称量的物料，在皮带秤的使用现场对完整的 皮带秤进行的一组实验。物料实验有： 在线测量和离线测量， 我们采用离线测量。离线

2、测量就是使用电子汽车衡作为控制衡器对试验物料进 行测定。方法是在物料通过皮带秤之前或之后，把试验物料装入汽车车厢在电子汽车衡进行称重，不管是皮重还是毛重均应在同一衡器上进行称量。称量时可以采用" 闪变点 " 法或者衡器内分辨率法确定物料的化整前示值，若无法采用这两 种方法也可采用直接读数法。应做好皮带秤的清理和物料的 储运安排，避免物料的损失。3.2 数学模型 根据规程要求和数学分析，皮带秤物料试验的示值误差 的数学模型可以写成以下模式：E=l-T或 E%=(l-T)/TX 100%式中： E-皮带秤示值误差；l-皮带秤的示值；T-控制衡器显示的示值累计载荷；E%-相对误差

3、。4、标准器具(控制衡器)的配置电子汽车秤：准确度等级：川级最大秤量： Max=80t分 度 值： e=20kg5、测量不确定度的分析 皮带秤的测量功能从原理上讲，包括四个部分： ?测量皮带的线载荷 q (?K/m) ；?测量物料的速度 v (m/s) ；?确定瞬时输送流量 qv =Q (kg/s) ；?把输送流量对时间积分，确定输送总量/Q?dt=M(kg)皮带秤运行时显示的示值不但受到输送皮带的影响 (如：皮带张力及变化、 皮带自重的变化、 皮带运行的阻力、 皮带的刚度、皮带的速度以及称重托辊的非准直度等) ，而 且还受到皮带秤上通过的物料的影响。理想的试验方法是把 皮带秤上通过的实际物料

4、在控制衡器的进行测定，控制衡器 的称量结果与皮带秤显示的累计值进行比较。控制衡器显示 的质量值做为测量的约定真值，确定皮带秤的准确度和重复 性误差。在控制衡器对实际物料进行测量时还受到控制衡器 的自身误差、分度值的分辨率和无法避免的物料损失对测量 的影响。皮带秤测量不确定度的主要来源有： ?环境(如振动、干扰)条件?皮带的张力?皮带与托辊的粘合?被称物料损失?皮带秤数字示值的分辨率 ?控制衡器数字示值的分辨率?控制衡器的重复性?控制衡器的示值不准?试验物料量小于最小累计载荷?测量方法与规定的测量方法和程序的不一致性?人员误差的存在?皮带秤的重复性 在参考条件下环境是相对稳定的，检定方法正确、物

5、料 损失可忽略，不必考虑上述不确定度来源中影响较小因素， 只考虑控制衡器的示值不准和数字示值分辨率的影响、皮带 秤的重复性。a）控制衡器提供的示值不准导致的测量不确定度分量u物1控制衡器提供的示值不准导致的测量不确定度可以用A类评定方法得到。若用 A 类评定方法进行评定，首先用砝码 对控制衡器进行重复性试验，然后再采用贝塞尔法或极差法 计算出控制衡器示值重复性的实验标准差。若采用贝塞尔法 应重复测量 10 次，若采用极差法至少要重复测量 3 次。控 制衡器示值重复性的实验标准差与砝码实际值不准导致的 标准不确定度的合成可作为控制衡器的示值不准造成的标 准不确定度。若使用准确度较高的控制衡器，其

6、分度值较小、分度数 多，并且在稳定的环境条件情况下使用，则可直接采用 B 类 评定方法评定控制衡器示值不准造成的测量不确定度分量。 这样也就是用控制衡器的允差对其示值不准造成的测量不确定度分量进行综合评定。 合格的控制衡器，其示值误差肯定是在允差范围以内。若控制衡器是在物料试验前立即检定的，此时控制衡器的极 限误差(允许范围)应为土 0.5e、土 1.0e或土 1.5e。若控制 衡器不是在物料试验前进行立即检定的，则控制衡器的极限 误差(允许范围)应为± 1.0e、± 2.0e 或± 3.0e。b) 控制衡器示值分辨力带来的测量不确定度分量u物2由于在利用控制衡器

7、确定试验物料的约定真值时，通常 可以采用内分辨力法或 "闪变点 "法确定衡器化整前的示值误 差。若采用"闪变点"法可使数字示值的分辨力8 x变为0.1e,若内分辨力法也可以使数字使数字示值的分辨力8 x变为0.2e，既是采用这两种方法也无法完全消除数字示值的化整 带来的测量不确定度。如果没用采用 "闪变点 "法或内分辨力 法，衡器的数字示值分辨力 8 x 为 e。数字示值化整分布应为均匀分布处理，其 k 值为 3，则u= 8 x/2 V3 =0.29 8 xC)被测皮带秤的重复性导致的A类测量不确定度分量s(x)应按规定首先对被测皮带

8、秤进行重复性试验，共进行 5 组、每组 2 次。为了简单起见我们十个数据放在一起计算。 重复测量的数据按贝塞尔公式进行计算得到样本标准偏差 s(xi),又称s(xi)为实验标准偏差，公式为s(xi) = VE( xi-x)2/n-1 。再用s(x)= s(xi)/ Vn计算平均值实验标准偏差s(x)。此A类不确定度分量的自由度为：u =n-16. 离线测量我们以最大流量 Qmax 为 100t/h 的 0.5 级皮带秤进行检 定为例，计算物料试验的测量不确定度。6.2.1 皮带秤的技术参数累计分度值d= 10?K、皮带速度v= 1.60m/s、最小流量Qmin=50t/h、称量长度L= 4.8

9、m、皮带长度 B= 74m、皮带每 转一周的时间 B/vmax=46.25s。最小试验载荷为：(1) Qmax皮带转一圈的载荷=QmaxB/vmax = 6.4t; (2) Qmaxlh 载荷的 2%= 0.02QmaxX 1 =10t; (3) 0.5 级皮带秤的 800d = 8t。取(1)、(2)、(3) 中最大者刀max=10t。由于进行皮带秤物料试验要求物料总量刀t应不少于最小试验载荷刀min，为了保证测量不确定度，可以取刀tmin，我们取刀t=13t进行物料试验。6.2.2 控制衡器和载重车辆的技术参数控制衡器是电子汽车秤，准确度等级为川级，最大秤量Max = 80t，分度值e=

10、20?K。物料试验前首先用标准砝码对 控制衡器进行检定，检定合格后使用控制衡器对皮带秤称量 的物料总量进行称量。6.2.3 标准不确定度a)由于称量车辆皮重和毛重需要在控制衡器称量2次，在 13t 称量处和 26t 称量处的允差为± 1.0e ，允差分布可作 为均匀分布处理。相对不确定度 ur1 = 16.2?K/26000?K=0.062%b) 可采用"闪变点"法，控制衡器分度值数字示值的分辨率为0.1e,由于需要称量 2次。贝U u2 = V2 X 0.29 8 x =0.8?K由于u2< 1/3 X u1，所以u2可忽略。c) 对皮带秤进行物料试验， 测得以下十个相对误差数据如下： 0.12， 0.04， 0.03，0.03， 0.10， 0.04， 0.17， 0.04， 0.01。误差值的平均值为：x=- 0.02%标准偏差为：sr(xi) = sr(xi)/ V10 = 0.