音速喷嘴式燃气表建标报告

1、计量标准技术报告计量标准名称 燃气表检定装置 计量标准负责人 建标单位名称(公章) 市计量测试所 填 写 日 期 2010 年 4 月 目 录一、建立计量标准的目的（3）二、计量标准的工作原理及其组成（3-4）三、计量标准器及主要配套设备（5）四、计量标准的主要技术指标（6）五、环境条件（6）六、计量标准的量值溯源和传递框图（7）七、计量标准的重要性试验（8-9）八、计量标准的稳定性考核（10）九、检定或校准结果的测量不确定度评定（11-18）十、检定或校准结果的验证（19-20）十一、结论（21）十二、附加说明（21）一、建立计量标准的目的随着人民生活水平的不断提高，管道煤气已开始进行永州市

2、场。而燃气表的计量准确性如何直接影响到我市广大人民群众的切身利益，因此开展该项目的检定工作不仅是市场的需要，更是质量监督部门维护人民群众利益的职责和义务。为了认真细致地做好煤气表的强制检定工作，以保证全市煤气表计量准确度和量传一致，同时满足我市燃气表的装表的速度，我们申请建立音速喷嘴式燃气表检定装置。二、计量标准的工作原理及其组成（1）工作原理简述：根据气体动力学原理，当气体通过音速喷嘴时，喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值。此时只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。流

3、经音速喷嘴的质量流量可按下式计算：式中：通过音速喷嘴在实际条件下的质量流量；音速喷嘴喉部的截面积；音速流喷嘴的流出系数；实际气体的临界流函数；喷嘴前气体的绝对滞止压力；喷嘴前气体的绝对滞止温度；气体常数因为被检燃气表为体积计量仪器，所以还要将通过被检表气体的质量转换为体积流量。根据实际气体状态方程：=式中：- 被检燃气表处的气体密度；Pn - 被检燃气表处的气体压力；Tn - 被检燃气表处的气体温度；则 检验开始时，PC机将喷嘴的参数通过RS232通讯口传送给单片微型计算机主机系统，数据处理控制中心（主机CPU）对试验管路按要求进行控制，并把各传感器测量得到的数字值通过RS485通讯总线传送给

4、各误差从机和PC机，各从机根据被检表的光电信号确定检测的开始和结束，并在检测时间段内对流过被检表气体的体积流量根据运算公式和参数进行积分，当检测结束时误差从机自动按下式计算出被检表的示值误差，结果送LED显示并送PC机保存。式中：i第i台被检燃气表的相对示值误差；Vi通过第i台被检燃气表的示值气体体积；V0通过第i台被检燃气表的实际气体体积。（2）组成：本装置主要由压缩气源、控制气路、试验管路系统、误差运算单片机系统、装置运行控制单片机系统、音速喷嘴组、喷嘴组阀门、工作台和PC机等部分组成。装置试验管路系统如图一所示。被检表被检表 大气出口大气进口过滤滞止容器真空泵图一：装置试验管路系统图控制

5、和操作由装置的电气部分实现，主要由误差采样计算CPU、装置运行CPU和PC机等部分组成。装置的电气原理如图二所示。RS232压力传感器压力传感器压力传感器右侧压力传感器1右侧温度传感器1气路控制系统光电采样器差压传感器器编码采样器1LED显示单片微型计算机从机1LED显示光电采样器1编码采样器差压传感器单片微型计算机从机NRS485数据处理控制中 心单片微型计算机主机左侧压力传感器1左侧温度传感器PC机参数设置键盘图二：装置电气原理框图三、计量标准器及主要配套设备计量标准器名称型号测量范围不确定度或准确度等级或最大允许误差制造厂及出厂编号检定或校准机构检定周期或复校间隔音速喷嘴式气体流量标准装

6、置MJ2210-12C(0.0166)m3/h0.5%（K=2）浙江海盐美捷091108浙江省计量院LL-20091104445年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷090522浙江省计量院LL-20091102125年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷080605浙江省计量院LL-20091102135年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷090825浙江省计量院LL-20091102145年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷090813浙江省计量院LL-20091102155年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷090935浙江省计量院LL-20091102165年音速喷嘴MJ-10.

7、2级浙江海盐美捷090961浙江省计量院LL-20091102175年音速喷嘴MJ-10.2级浙江海盐美捷090422浙江省计量院LL-20091102185年主要配套设备绝对压力变送器PTX7517 绝压（0110）kPa0.2级Druck2805487浙江省计量院RG-20091111111年绝对压力变送器PTX7517 绝压（0110）kPa0.2级Druck2813787浙江省计量院RG-20091111101年绝对压力变送器PTX7517 绝压（0110）kPa0.2级Druck2813784浙江省计量院RG-20091111091年温度变送器（956531）707031/880-0

8、01-005/000JUMO0134725501009250133浙江省计量院RG-20091113611年温度变送器（956531）707031/880-001-005/000JUMO0134725501009250054浙江省计量院RG-20091113621年温度变送器902002JUMO09JAD1093T004浙江省计量院RG-20091113601年四、计量标准的主要技术指标 装置总不确定度0.5% 。 测量用的绝压传感器测量范围0110kPa，准确度 0.2% 。 微差压传感器测量范围-500Pa500Pa，准确度 0.5% 温度传感器测量范围0500C，准确度 0.0C。 用于

9、计时的晶振频率日稳定度10-5。 流量点：0.016m3/h、0.025 m3/h、0.04 m3/h、0.5 m3/h 、0. 8 m3/h、1.2 m3/h、2.5 m3/h、4 m3/h、6 m3/h流量点偏差5%。 使用条件： 环境温度 205相对湿度 45%75%大气压力 86kPa106kPa 供电电源 AC 3*220V20V ，50Hz五、环境条件序号项目要求实际情况结论1温度（205）（205）2湿度（4575）%（4565）%3大气气压（86106）kpa（96103）kpa45六、计量标准的量值溯源和传递框图上一级计量器具基（标）准名称：活塞式气体流量标准装置不确定度或准

10、确度：Ur=0.05% k=2溯源单位：浙江省计量科学研究所比较法本级计量器具直接检定计量标准名称：音速喷嘴式气体流量标准装置测量范围：(0.0166)m3/h不确定度或准确度：0.5%（K=2） 下一级计量器具计量器具名称：煤气表准确度等级：A级、B级七、计量标准的重复性试验采用本套计量标准装置在相同测量条件下，对同一燃气表检定点进行重复测量10次，各次测量值如下：序号测得值Xi（%）1-0.772-0.763-0.734-0.755-0.766-0.777-0.748-0.759-0.7610-0.74 X=-0.753% S=0.013% 检测说明： 测量重复性小于测量不确定度评定中测量

11、重复性数据，测量重复性考核合格。八、计量标准的稳定性考核采用本套计量标准设备在连续四个相邻的时间间隔内，对同一燃气表检定点进行10次等精度测量，其结果如下：2010/01/102010/02/112010/03/152009/04/18平均误差（%）平均误差（%）平均误差（%）平均误差（%）-0.75-0.76-0.75-0.75其最大差值为0.01%，小于其扩展不确定度U音。九、检定或校准结果的测量不确定度评定11 评定公式根据气体动力学原理，当气体通过临界流喷嘴时，在喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也

12、达到最大值qm。此时qm只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。流经临界流喷嘴的质量流量qm可按下式计算： qm=A*CdC*式中：qm - 实际条件下通过临界流喷嘴的质量流量； A* - 临界流喷嘴喉部的截面积； Cd - 临界流喷嘴的流出系数； C* - 实际气体的临界流函数； P0 - 喷嘴前气体的绝对滞止压力； T0 - 喷嘴前气体的绝对滞止温度； R - 通用气体常数； M - 摩尔质量；因为被检流量计多为体积计量流量计，所以还要将质量流量转换为被检流量计的体积流量。根据实际气体状态方程：=式中： - 被检流量计处的气体密度；Pn - 被检流量计处的气体压力；

13、Tn - 被检流量计处的气体温度；Zn - 被检流量计处的气体压缩系数所以 qv = qm/=A*CdC*上式即为音速喷嘴流量标准装置流量计算的基本公式，流量测量的不确定度分析也以此为基础。12 标准不确定度分量评定121 喉部截面积的标准不确定度考虑到喷嘴使用与标定时A*取值相同，所以可将其看成常数,因此可忽略他们的不确定度122 流出系数的标准不确定度u (Cd) 流出系数的标准不确定度u (Cd)可根据喷嘴检定证书给出的流出系数准0.2%来确定。它依据JJG620-1994临界流流量计，可经6次以上的多次测量而得到。按正态分布考虑，则有 u (Cd)=0.2%2.57=0.08%123

14、滞止压力引入的标准不确定度u(P0) 压力变送器的准确度为0.2%，按均匀分布考虑，则有 u(P0)=0.2%=0.12%124 滞止温度引入的标准不确定度u(T0) 温度变送器的准确度为0.2 ，按矩形分布考虑，则有 u(T0)=0.2(293.15*)=0.04%125 空气气体常数引入的标准不确定度u(R) 在软件中采用了湿空气的折合气体常数公式,由于折合气体常数的不确定度的来源主要是湿度测量,大气相对湿度测量不确定度一般可达4%,所以引起空气气体常数(R/M)计算的标准不确度 u(R) 0.03%126 临界流函数引入的标准不确定度u(C*)在软件中采用查表法确定空气的临界流函数,而I

15、SO9300只给出干空气的临界流函数表,所以要考虑湿度对临界流函数的影响。根据试验验证，临界流函数（考虑湿度修正后）的标准不确度u(C*) 0.002%可以忽略不计。127 空气压缩因子的标准不确定度u(Zn)在软件中根据压力Pn、温度Tn和大气相对湿度计算空气压缩因子Zn,其计算不确定度小于0.05%,即u(Zn) 0.05%128 流量计处的压力测量引入的测量不确定度u(Pn); 压力变送器的准确度为0.2%，按均匀分布考虑，则有 u(Pn)=0.2%/=0.12%128 测量流量计处的温度测量引入的不确定度u(Tn); 温度变送器的准确度为0.2 ，按矩形分布考虑，则有 u(Tn)=0.

16、2/(293.15*)=0.04%129 计时器引入的标准不确定度u(t);时钟精度一般来说都比较高，稳定度在10-6。保守估算 u(t)=0.01%13 灵敏系数由不确定度传播律：uc2(qv)=C12u2(Cd)+C22u2(P0)+C32u2(T0)+C42u2(Pn)+C52u2(Tn)+C62u2(Zn)+ C72u2(R)其中: C1 = = A*C*C2 = = A*CdC*C3 = = -A*CdC* C4 = = - A*CdC*C5 = = A*CdC*C6 = = A*CdC*C7 = = A*CdC*其相对不确定度为： =u2(Cd)+u2(P0)+ u2(T0)+u2

17、(Pn)+u2(Tn)+u2(Zn)+ u2(R)14 合成标准不确定度评定141 标准不确定度一览表 表1 不确定度一览表 序号符号不确定度来源输入不确定度%可能的分布覆盖因子Y的标准不确定度ur(xi)%灵敏系数对合成不确定度的贡献|Cr|ur(xi)%1u(Cd)流出系数0.2正态2.570.0810.082u(P0)滞止压力0.2矩形1.730.1210.123u(T0)滞止温度0.2矩形1.730.040.50.024u(R)气体常数0.0310.030.50.0155u(Zn)压缩因子0.0510.0510.056u(P)入口压力0.2矩形1.730.1210.127u(T)入口温度0.2矩形1.730.0410.048u(t)记时器0.0110.0110.01142 合成标准不确定度合成标准不确定度Ucr= ur2(Cd)+ur2(P0)+ur2(T0)+Ur2(R)+ur2(Zn)+ur2(Pn)+ur2(Tn)+ur2(t)1/2 =0.20%扩展不确定度Ur=0.40% k=2十、检定或校准结果的验证选定一块最大流量为4.0m3/h，准确度为1.5%的煤气表对1/4Qmax、1/2Qmax、Qmax三个流量点自检一组数据后，送同等级计量机构检得一组数据，检定结果比较如下：流量点（