主动活塞式流量标准装置校准规范

JJF1586—20161主动活塞式流量标准装置校准规范本规范适用于主动活塞式气体或液体流量标准装置(简称活塞装置)的校准。2引用文件JJF1001通用计量术语及定义JJF1004流量计量名词术语及定义JJG209—2010体积管JJG259—2005标准金属量器OIMLR119:1996用于测量非水液体的活塞装置体积管(Pipeproversfortes-tingmeasuringsystemsforliquidsotherthanwater)凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位3.1术语引用文件中相关术语适用于本规范。3.1.1活塞piston在电机驱动下沿缸体轴线运动的圆盘形或圆柱形金属机件。3.1.2缸体cylinder与活塞形成封闭空间，活塞在其中进行直线往复运动，横截面为圆形的圆筒形金属机件。3.1.3有效容积effectivevolume活塞启始运动至极限位置之间的几何容积，该几何容积的大小为具有恒定横截面的缸体截面积与圆盘形活塞位移之积或圆柱形活塞截面积与其位移之积。3.1.4最大容积maximumvolume活塞最大位移相对应的几何容积。3.1.5最小测量容积minimummeasurementvolume满足活塞装置使用准确度要求的排出或吸入的最小流体体积。3.1.6标准容积standardvolume在标准状态下(20℃,101.325kPa)的容积。3.1.7启动时间start-uptime活塞从静止状态开始运动至达到恒速时的时间。3.1.8活塞系数pistoncoefficient2单位行程的活塞位移所对应的标准容积。3.1.9脉冲当量pulseequivalent活塞装置一个脉冲信号所代表的标准容积。3.2计量单位3.2.1长度单位：米，符号m;或毫米，符号mm。3.2.2容积单位：立方米，符号m³;或升，符号L;或毫升，符号mL。3.2.3流量单位：立方米每[小]时，符号m³/h;或升每分，符号L/min。3.2.4压力单位：帕[斯卡],符号Pa;或千帕，符号kPa。3.2.5温度单位：摄氏度，符号℃;或开尔文，符号K。4概述4.1工作原理活塞装置一般由驱动电机、传动系统、气缸、活塞、管路系统、信号发生器和计算机控制系统等组成。工作时电机驱动丝杠组件旋转，带动活塞沿缸体轴线作匀速直线运动，排出或吸人流体，依据流体质量守恒定律，被检测流量计的示值与活塞装置的标准示值进行比较，得到测量误差。常见活塞装置基本原理框图见图1。计算机控制系统计算机控制系统信号发生器传动系统驱动电机检测信号温度采集压力采集压力采集活塞装置(气缸、活塞)被检测流量计流体流向温度采集过滤器计时器4.2用途活塞装置主要用于流量仪表的检定、校准、测试。4.3主体结构4.3.1按活塞运动方向，有立式活塞装置和卧式活塞装置两种结构。4.3.2按活塞构成方式，有盘形活塞[图2(a)]和柱形活塞[图2(b)]两种。3(a)盘形活塞(b)柱形活塞图2活塞装置结构示意图1—缸体；2—活塞；3—缸体密封油(可选用);4—滑动密封件；5—滚珠丝杠；6—动力驱动机构；7—驱动电机；8—进、出流体电动阀门；9—滤清器；10—流体流向4.4配套设备活塞装置配套设备由测温仪表、测压仪表、计时器、光栅尺或旋转编码器和滚珠丝杠等构成。5计量特性5.1流量范围活塞装置的最大流量由最大测量容积与最短测量时间的比值确定，最短测量时间一般不小于30s。最小流量由最小测量容积与最长测量时间确定，气体活塞装置的最长单次测量时间一般不大于30min,液体活塞装置的最长测量时间一般不大于1h。5.2测量不确定度校准结果应给出活塞装置标准容积或脉冲当量的测量不确定度。5.3测温、测压仪表活塞装置配用的温度和压力测量仪表应满足装置测量不确定度要求，并具有有效的检定或校准证书。5.4计时器计时器的分辨力等于或优于0.001s,应带有晶振信号输出口，且晶振8h的稳定度等于或优于1×10~5。5.5光栅尺如适用，配用光栅尺的分辨力一般等于或优于0.005mm/Pul。5.6旋转编码器如适用，配用旋转编码器的分辨力一般等于或优于0.005L/Pul。45.7滚珠丝杠如适用，配用滚珠丝杠的精度等级一般等于或优于P5。注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。6校准条件6.1标准器校准活塞装置使用的标准器应有有效的检定或校准证书。采用质量法或容积法的组合量测量活塞体积时，其容量比值一般等于或小于1:5。活塞装置校准中不确定度评定应包含校准标准器所引人的不确定度分量。6.1.1尺寸测量法可用三坐标测量机和温度计，或选用气缸内径校准内径千分尺，外径千分尺或6.1.2容积测量法可选用标准量器和温度计等。6.1.3质量测量法可用电子秤或天平、密度计、温度计等。6.2环境条件校准时的环境条件要求见表1和表2。表1校准时环境条件表2校准时温度/气压变化活塞装置扩展不确定一次校准过程中介质变化/℃大气压力的变化/Pa等于或优于0.1%0.2%及以下6.3介质采用质量法或容积法校准活塞装置的标准容积，工作介质一般为纯净水或蒸馏水。扩展不确定度U,≤0.1%(k=2)的活塞装置校准介质建议用蒸馏水，其余等级的校准介质可用纯净水。7校准项目和校准方法7.1校准项目活塞装置校准项目见表3。5表3校准项目一览表常规或操作检查外观十流量范围十测温、测压仪表十光栅尺(或旋转编码器)十滚珠丝杠十计时器十密封性十标准容积+活塞系数/脉冲当量+注：“十”表示应检项目。7.2校准方法7.2.1观察项目外观检查和资料审查：a)活塞装置外观、安装、设计是否符合相关要求；b)缸体内径或活塞外径，活塞运动行程，脉冲当量是否符合标识或说明书要求；c)测温孔、测压孔、直管段或上游空间等是否符合相关规范或标准的要求；d)配套设备是否符合5.3、5.4、5.5、5.6和5.7要求；e)计算机参数设置、使用说明书、相关证书是否一致。7.2.2密封性试验按活塞装置结构和用途进行试验。一般在缸体或活塞上、中和下3个位置段进行静态密封试验。试验时启动控制器，运行活塞装置给缸体加压；也可采用外部加压方式，使缸体和活塞处于静态，试验压力为1.5倍最大工作压力，稳定3min,观察测压仪表压力不得变化。对气体活塞装置，也可采用负压法检查缸体密封性，在缸体或活塞的试验段位置，受压(一0.05MPa),10min后记录温度、压力示值，15min后再次读取温度和压力值。缸内绝对压力和绝对温度比值的变化率不超过0.05%,可认为活塞装置无泄漏。活塞装置配套的专用夹表装置可与活塞装置连接整机密封试验。7.2.3标准容积/脉冲当量的校准活塞装置的标准容积、活塞系数和脉冲当量的校准可采用尺寸测量法、质量测量法或容积测量法。7.2.3.1尺寸测量法对于新制造的活塞装置，尺寸测量法是确定活塞装置的标准容积、活塞系数和脉冲当量的常用方法，作为容积示值基准尺寸的气缸内径或活塞外径的测量一般按以下程序6a)确认活塞装置和量具在测量环境下已达到温度平衡；b)依据活塞装置装配图，确定计量段高度，将计量段高度等分为若干个测量截面m(m≥6),两测量截面间距一般不大于100mm,如图3(a);c)在每个测量面沿圆周测量n(n≥4)个直径。若用π尺测量活塞外径，应在圆周等分点处读取直径示值，如图3(b)。按公式(1)计算平均直径。D;——第i个测量截面20℃下的平均直径，mm;D;;——第i个测量截面的第j次测量，mm;t——测量时的环境温度，℃。(a)测量截面间距m段四个测量面(b)测量面沿圆周测量n个直径图3尺寸测量法示意图d)按公式(2)计算活塞或缸体平均直径D。e)按公式(3)计算活塞标准容积V₂o。V₂₀——测量活塞装置所得的容积换算到标准状态下(20准容积，L;H——活塞行程，mm。f)按公式(4)计算活塞系数ky。g)按公式(5)计算脉冲当量k。℃,101.325kPa)的标7k——脉冲当量，L/Pul;f——活塞装置对应PL的脉冲数。7.2.3.2质量测量法用质量测量法校准活塞装置的系统连接方式可参考图4,先将校准介质注入活塞装置缸体内，校准时，电机驱动活塞装置排出介质，用电子秤/天平称量后，换算成活塞装置标准容积。测量程序和要求：a)将活塞运动至极限停止位置，使缸内空间容积处最小状态；b)打开活塞上的缸体排气阀门2(圆柱形和圆筒形活塞为环室气孔),使缸体连通大气；c)用长度适合的透明胶管连接排气孔，以便观察水位，胶管出口置于称重容器入口；d)打开进水阀5,向缸内充水，同时缓慢提升活塞至工作零点，观察活塞装置上部排水，当排出的水中不带气泡时，则缸体内充满水；可低速启动活塞做往复运动数次，以排除尽缸体内空气；e)关闭进水阀5,启动活塞低速向下运动(3～5)mm,标记透明管出水口液位位置；f)称量容器放水、电子秤或天平清零/去皮；g)打开进水阀6,活塞以适合加速度至均速运动[以(3～10)min完成一次试验为宜],再以适合减速度至预定容积或行程停止运动，将缸内液体排入称量容器；h)记录液体温度、液体质量和胶管出水口位置及活塞行程或活塞装置示值，完成单次校准；i)校准从活塞装置顶部上限位置开始(即缸内空间容积处最大状态开始),分段校准，校准容积一般等于或小于活塞容积的1/5,且校准容积不小于活塞装置最小测量容积，每容积段校准重复d)～h),校准n(n≥6)次，每次记录下活塞装置显示的脉j)按公式(6)计算活塞装置标准容积。M₁——校准条件下的电子秤或天平的示值，kg;pw——秤量容器内水的密度，kg/m³;p₄——大气空气密度，kg/m³;βw——水的体膨胀系数，℃-1;8βm——缸体/活塞材质的体膨胀系数，℃-1;tm——活塞装置缸体的壁温(用缸体内测得的水温代替),℃;t₃——标准量器温度(用量器内测得的水温代替),℃;pem——活塞装置缸体内液体的表压力，Pa;D——活塞装置缸体的内径，mm;E——活塞装置缸体材质的弹性模量，Pa;d——活塞装置缸体的壁厚，mm;k——水的压缩系数，Pa-1。1—高位水箱；2—缸体排气阀门；3—滚珠丝杠；4—排气小容积箱；5—进液电动阀门；6—排液电动阀门；7—电子秤或天平或标准量器；8—称量容器；9—校准用介质；10—透明管；11—水泵；12—控制阀门；13—低位水箱7.2.3.3容积测量法容积测量法校准活塞装置的标准容积有两种方法：a)采用容积测量法校准活塞装置与质量法的方法相同，校准介质(液体)注入活塞装置缸体内，校准时活塞装置直接排出液体进入标准量器的方法，可参考图4(将图4中的电子秤或天平更换为标准量器),校准方法参考7.2.3.2质量测量法，标准容积按公式(8)计算。式中：V,——单次测量标准量器示值，L;9b)该校准方法仅对使用介质为气体活塞装置，采用活塞装置缸体内为空气，校准时活塞装置直接排出气体进入标准量器的方法，校准系统连接方式可参考图5。标准容积按公式(9)计算。Vzo₀=V,[1+β(tm-t₃)-(βm-β₃)(tm-20)-γ(t,-20)]±△Vty——丝杆或光栅尺的温度，℃;△V——透明管液位变化引入的容积，液位升高取“+”,反之取“一”,L。图5活塞装置容积校准法示意图1—旋转编码器；2—气体活塞装置；3—连接管(金属或胶皮);4、5、8、11、13、15、18、19—阀门；6—排气口；7—标准量器；9—标准量器刻线；10—低位水箱；12—高位水箱；14—气体活塞装置电脑控制台；16—进气空气滤清器；17—水泵校准按以下顺序进行：1)活塞运动至上限位置，使缸内空间容积处最大状态；2)选择量限适当的标准量器，标准量器的容积不小于测量容积；3)校准前高位水箱12内储存足够量的液体，放置一段时间定温，使环境、气体活塞装置和液体温度符合表2要求；4)打开阀门11,将标准量器充满水后关闭阀门11,用胶皮管将装置的排气导管和标准量器排气口连接，打开阀门15和4,使装置中的压力与大气压力平衡，测出装置内的温度、室温、大气压力和湿度，关闭阀门4;5)根据标准量器规定的放水时间调节阀门8,使标准量器内的水进入水池，同时通过活塞装置电脑控制台启动活塞下行，使活塞装置的气体进入标准量器内。当标准量器的水位接近刻线时应通过调节变频电机的转速，逐步减少水流量至零，当标准量器的水位至刻度线时，依次关闭阀门8和5,同时完全停止活塞，并确保活塞装置内的压力为大气压，测出装置内的温度、室温、大气压力和湿度；6)每段校准n(n≥6)次，每次记录下活塞装置显示的容积和脉冲数；7)从排气口处取下胶皮管和阀门5。按照3)、4)、5)和6)程序重复做下去，直至该校准段底部。7.2.3.4脉冲当量脉冲当量校准方法参考附录C。尺寸测量法脉冲当量按公式(5)计算，质量测量法或容积测量法的计算则是在7.2.3.2或7.2.3.3校准中记录标准容积对应的脉冲数，按公式(10)计算。在校准中所测得的活塞装置的脉冲当量k:f——与V₂₀对应的脉冲数量，Pul。7.2.3.5平均值a)标准容积平均值在多次校准所测得的标准容积平均值按公式(11)计算。V₂₀——标准容积的平均值，L;(V₂o);——i段标准容积值，L。b)脉冲当量平均值在多次校准所测得的脉冲当量平均值按公式(12)计算。式中：k;——i段脉冲当量。7.2.3.6重复性a)标准容积重复性在i段，标准容积(V₂o);的重复性按公式(13)计算。式中：u(V₂₀);——标准容积(V₂o);的重复性。活塞装置标准容积V2₀的重复性取u(V2o);的最大值。b)脉冲当量重复性在i段，脉冲当量k;的重复性按公式(14)计算。u(k;)——脉冲当量k;的重复性。活塞装置脉冲当量k;的重复性取u(k;)的最大值。7.2.3.7合成不确定度a)标准容积的合成相对标准不确定度1)尺寸测量法尺寸测量法标准容积的合成相对标准不确定度按公式(15)计算。u:(V₂)=√u?(D)+u}(a)+u;(βp)+u?(t)+u?(Pl)u:(Vzo)——活塞装置标准容积的合成相对标准不确定度，%;u,(D)——活塞装置缸体或活塞的平均直径的相对标准不确定度，%;u;(a)——量具材料线膨胀系数的相对标准不确定度，%;u,(βp)——缸体材料线膨胀系数的相对标准不确定度，%;u,(t)——测量时的环境气温的相对标准不确定度，%;2)质量测量法质量测量法标准容积的合成相对标准不确定度按公式(16)计算。u,(Vzo)=[u?(M₁)+u²(pw)+u!(p₄)+u²(pw)+u!(βw)+u²(βm)+u?(t₃)+u²(tm)+u:(pcm)+u²(D)+u:(E)+u}(d)+u}(x)]÷u₁(M₁)——电子秤或天平的相对标准不确定度，%;u:(pw)——秤量容积内水密度的相对标准不确定度，%;u₁(p₄)——空气密度的相对标准不确定度，%;u:(pwe)——砝码密度的相对标准不确定度，%;u,(βw)——水的体膨胀系数的相对标准不确定度，%;u:(βm)——缸体/活塞材料的体膨胀系数的相对标准不确定度，%;u:(t₃)——标准器中温度的相对标准不确定度，%;u,(tm)活塞装置入口温度的相对标准不确定度，%;u;(pem)——活塞装置缸体内液体的表压力的相对标准不确定度，%;u;(E)——活塞装置缸体材质的弹性模量的相对标准不确定度，%;u₁(x)——水的压缩系数的相对标准不确定度，%。3)容积测量法容积测量法标准容积的合成相对标准不确定度按公式(17)计算。u₁(Vzo)=[u?(V₁)+u²(β₁)+u²(βw)+u²(βm)+u:(t,)+u}(tm)+u²(pm)+u}(D)+u?(E)+u}(d)+u?(x)]÷式中：u:(V₃)——标准量器的相对标准不确定度，%;b)脉冲当量的合成相对标准不确定度脉冲当量的合成相对标准不确定度按公式(18)计算。u;(k)=√u:(V2o)+u?(f)(18)u;(k)——活塞装置脉冲当量的合成相对标准不确定度，%;ur(f)脉冲的相对标准不确定度，%。7.2.3.8扩展不确定度a)按公式(19)计算活塞装置标准容积的相对扩展不确定度。U,(V₂o)=2u,(V₂₀)(19)b)按公式(20)计算活塞装置脉冲当量的相对扩展不确定度。7.2.4计时器晶振8h稳定度校准。将计时器晶振输出信号接到标准计时器的外晶振输入口，接通电源。预热后，每隔1h读1次频率值f;/Hz(i=1,2,…,8)。晶振稳定度按公式(21)计算：式中：E;——晶振稳定度，%;fmin——f;的最小值，Hz;f₀——标准频率值，Hz。7.2.5流量稳定性流量稳定性试验的要求如下：至少选取3(j=1,2,…,m)个流量点，一般在最大流量和最小流量，以及中值流量(接近最大流量和最小流量的平均值)校准，每个流量点至少重复6次，取其中最大值作为活塞装置的流量稳定性。一次累计的时间内连续测量n(n≥6)次，流量q;(i=1,2, ,n)按公式(22)计算其平均值。式中：q,——j流量点平均值，m³/h。流量稳定性按公式(23)计算。式中：u₀——流量稳定性，%,8校准结果的表达原始记录和校准证书格式见附录D和附录E。9复校时间间隔活塞装置的复校时间间隔建议：新制造的1年，其余3年。复校时间间隔由装置的使用情况、使用者、装置本身质量等诸因素确定。申请校准单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。测量不确定度评定示例A.1容积测量法不确定度实例A.1.1概述A.1.1.1结构特点及型式活塞装置由缸体、活塞、驱动电机、信号发生器、计算机控制系统和附属设备所组成。缸体内表面或活塞外表面是经过精密加工的、形成标准缸体或标准活塞。A.1.1.2测量原理活塞装置工作时活塞在电机的驱动下沿缸体轴线作匀速直线运动，传递机械力置换出缸内容积，并在测试时间内流体流过被检流量计，按照质量守恒原理，活塞装置置换出的容积量与流过被测流量计的容积量比较，两者的容积值可确定被检流量计的计量性能。A.1.2测量模型(以缸体直径为基准的盘形活塞装置为例)用标准量器校准活塞装置时的标准容积按(A.1)公式计算：所测得的活塞装置的脉冲当量k按公式(A.2)计算。(A.2)式中：V₃——标准量器的示值，L;k——活塞装置脉冲当量，L/Pul;f——活塞装置与V₂₀对应的脉冲数量，Pul;β;——标准量器材质的体膨胀系数，℃-1;βw——水的体膨胀系数，℃-1;βm——缸体材质的体膨胀系数，℃-1;t.标准量器温度(用量器内测得的水温代替),℃;tm活塞装置缸体的壁温(用缸体内测得的水温代替),℃;pem——活塞装置缸体内液体的表压力，Pa;D——活塞装置缸体的公称内径，mm;E——活塞装置缸体材质的弹性模量，Pa;d活塞装置缸体的壁厚，mm;取多次测量的平均值作为活塞装置缸体的标准容积。A.1.2.1不确定度计算由公式(A.1)和(A.2),标准容积V₂₀和脉冲当量k的不确定度按公式(A.3)u₁(Vzo)=√uiʌ(V)+uía(Vzou,(k)=√uA(V₂o)+u?(f)u:(Vz₀)——标准容积Vzo的相对标准不确定度，%;u;(k)——脉冲当量k的不确定度，%;u:a(V),ura(Vzo)——测量重复性引起的相对标准不确定度，%;uB(Vzo)——容积测量引起的相对标准不确定度，%;ur(f)——脉冲测量引起的相对标准不确定度，%。A.1.2.2相对灵敏系数a)容积测量法相对灵敏系数u²(V₂o)=[c,(V₃)u,(V₃)]²+[c,(β₅)u₁(β₃)]²+[c,(βw)u,(βw)]²+[c₇(βm)u₇(βm)]²+[c,(t₃)u₇(t₃)]²+[c₇(tm)u₇(tm)]²+[c₁(pem)u₇(pem)]²+[c₁(D)u-(D)]²+[c:(E)u,(E)]²+[c;(d)u(d)]²+[c,(x)u,(x)]²其中相对灵敏系数：b)脉冲当量相对灵敏系数由公式(A.2)可得：u²(k)=u²(Vzo)+[c,(f)u₁(f)]²。其中相对灵敏系数：A.1.3活塞装置容积法校准校准装置为一台日本生产的型号APP—200型活塞装置，最大容积240L,有效容积200L,气缸直径φ505.01mm,立式缸体，设计脉冲当量1mL/Pul,校准使用的标准器为20L一等标准金属量器。校准时活塞装置计算机控制系统设定示值20.000L。表A.1为校准记录及计算的结果。校准介质蒸馏水，校准方法参考7.2.3.3a),校准时读取活塞装置缸体的出口处压力值pem,作为本次校准活塞装置的平均压力。读取活塞装置的进、出口处温度值，作为本次校准活塞装置的平均温度值。按校准程序连续校准，校准次数为6次。根据测出的温度、压力按式(A.1)得到活塞装置缸体在标准状态(温度为20℃、标准大气压力101325Pa)下的容积值，各相关参数如下：校准用的各参数值：β,=33×10-6℃-1(查表所得);β=2.0×10-*℃-1(查表所得);βm=36.9×10-6℃-1(查表所得);x=4.90×10~10Pa-¹;D=505.01mm;f=20000;E=2.1×10¹¹Pa(查表所得),d=19.98mm。活塞的不确定度分析见表A.2。标准段LLL%%校准值A.1.3.1标准金属量器引入的相对标准不确定度标准金属量器的不确定度可以按照7.2.3.3的方法进行分析，可直接由所给准确度等级的允许误差并按均匀分布进行分析。本次试验使用一等标准量器，允许误差为±0.005%,标准不确定度为：A.1.3.2活塞装置缸体引入的相对标准不确定度活塞装置缸体标准容积分段，多次校准的相对标准偏差作为活塞装置缸体的重复性，取其中最大值作为活塞装置脉冲当量的重复性，由表A.1得到：u,(V)=u,(k)=0.0025%A.1.3.3标准金属量器体膨胀系数引入的相对标准不确定度标准金属量器体胀系数的不确定度为β,=33×10-6℃-1,标准金属量器内水温tm在校准规定的范围内变化，因此|tm-20|≤10℃。按最大值考虑，设不确定度为U,(β₃)=10%,矩形分布，则标准金属量器体膨胀系数的不确定度为：A.1.3.4水体膨胀系数引入的相对标准不确定度水的体胀系数为βw=2.0×10-*℃-1,而一次试验水温变化不超过0.2℃,设不确定度为U,(βw)=25%,矩形分布，则水体膨胀系数的不确定度为：A.1.3.5活塞装置缸体体膨胀系数引入的相对标准不确定度活塞装置缸体体膨胀系数βm=36.9×10-6℃-1,一次试验过程水温变化不超过0.2℃,则水温在校准范围内变化时，设不确定度为U,(βm)=20%,塞装置缸体体膨胀系数的不确定度为：A.1.3.6标准金属量器壁温引入的相对标准不确定度设标准金属量器壁温为20℃,壁温的不确定度U,(tm)=0.2标准金属量器壁温的不确定度为：A.1.3.7活塞装置缸体壁温引入的相对标准不确定度设活塞装置缸体壁温为20℃,壁温的不确定度U,(t,)=0.2塞装置缸体壁温的不确定度为：A.1.3.8液体压力引入的相对标准不确定度矩形分布，则活℃,矩形分布，则℃,矩形分布，则活液体压力测量使用0.1级微差压变送器，测量范围(0～5)kPa,液体压力pem=0.2kPa,设为矩形分布，则液体压力的不确定度：A.1.3.9活塞装置缸体的公称内径的不确定度设内径的不确定度U,(D)=0.3%,矩形分布，则活塞装置缸体的公称内径的不确定度为：A.1.3.10活塞装置缸体弹性模量引入的相对标准不确定度设弹性模量的不确定度U,(E)=10%,矩形分布，则活塞装置缸体弹性模量的不确定度为：A.1.3.11活塞装置缸体的壁厚引入的相对标准不确定度设壁厚的不确定度U,(d)=5%,矩形分布，则活塞装置缸体的壁厚的不确定A.1.3.12水的压缩系数引入的相对标准不确定度设压缩系数的不确定度U,(x)=10%,矩形分布，则水的压缩系数的不确定度为：活塞装置测量不确定度汇总见表A.2。表A.2活塞装置容积测量不确定度一览表序号符号来源输入量的标准不确定度灵敏系数%1V活塞装置重复性12标准量器13标准量器体膨胀系数4水的体膨胀系数5活塞装置缸体体膨胀系数6标准量器壁温7活塞装置缸体壁温8液体压力9D活塞装置缸体的公称内径E活塞装置缸体弹性模量d活塞装置缸体的壁厚K水的压缩系数合成标准不确定度：u,(Vzo)=0.0068%;u,(k)=0.0072%。扩展不确定度U,(V2o)=0.014%,k=2;U(k)=0.014%,k=2。A.1.4计算合成相对标准不确定度标准不确定度各分量不相关，标准容积V₂₀合成标准不确定度u,(V₂o)为：u,(Vz₀)=[0.0025²+0.0029²+0.0019²+0.0006²+0.0044²+0.0019²+0.0020²+0.0003²+0.0003²+0.000l²+0.0009²]÷=0.0068%脉冲当量k合成标准不确定度U,(k)为：u₁(k)=√0.0068²+0.0025²=0.0072%A.1.5计算相对扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度为：U,(Vz₀)=2×0.0068%=0.014%U,(k)=2×0.0072%=0.014%A.1.6校准结果见表A.3。表A.3校准结果序号校准段LLu,(k;)和u.[(Vm):]%123456789相对扩展不确定度：U,(Vzo)=0.014%,k=2;U,(k)=0.014%,k=2。A.2质量测量法不确定度评定实例A.2.1概述A.2.1.1结构特点及型式见A.1.1.1。A.2.1.2测量原理见A.1.1.2。A.2.2测量模型(以缸体直径为基准的活塞装置为例)用质量测量法校准活塞装置，活塞装置排出介质，用电子秤或天平称量，换算成标所测得的活塞装置的脉冲当量kz₀按公式(A.6)计算。M;——校准条件下的电子天平的示值，kg;pw——秤量容器内水的密度，可取1000kg/m³;大气空气密度p₄可取1.204kg/m³。(A.5)(A.6)A.2.3活塞装置质量测量法校准校准方法见A.1.3,校准系统连接方式可参考图4。采用校准液体注入活塞装置缸体内，校准时活塞装置直接排出液体进入天平的方法，校准使用沈阳龙腾电子称量仪器有限公司电子天平，型号ES30K-12,最大秤量30kg,分辨力0.2g,校准活塞装置同A.1.3,校准时活塞装置计算机设定示值20.000L。表A.4为校准记录及计算的结果。标准段LLL%%校准值A.2.3.1天平引入的相对标准不确定度天平的不确定度可以按照7.2.3.3的方法进行分析，可直接给出准确度等级的允许误差并按均匀分布进行分析。本次试验使用电子天平，准确度等级①级，最大允许误差为士0.2g,称量值30kg,标准不确定度为：A.2.3.2活塞装置缸体引入的相对标准不确定度把活塞装置缸体基本容积多次校准的相对标准偏差作为活塞装置缸体的重复性，由u,(V)=u;(k)=0.0024%A.2.3.3其他引入的相对标准不确定度分量见表A.5。表A.5活塞装置质量法测量不确定度一览表序号符号来源输入量的标准不确定度灵敏系数%1V活塞装重复性12天平13水的体膨胀系数4活塞装置缸体体膨胀系数5标准量器壁温6活塞装置缸体壁温7液体压力8D活塞装置缸体的公称内径9E活塞装置缸体弹性模量d活塞装置缸体的壁厚k水的压缩系数合成标准不确定度：u(k)=0.0067%;扩展不确定度U,=0.013%;k=2A.2.4计算合成相对标准不确定度标准不确定度各分量不相关，标准容积V₂o的合成标准不确定度u,(V₂o)为：ur(Vzo)=[0.0024²+0.0038²+0.0006²+0.0044²+0.0019²+0.002O²+脉冲当量k合成标准不确定度U,(k)为：u,(k)=√0.0058²+0.0024²=0.0063%A.2.5计算相对扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度为：U,=2×0.0058%=0.012%U,(k)=2×0.0063%=0.013%A.2.6校准结果见表A.6。表A.6校准结果序号校准段LLu;(k;)和u,[(Vzo);]%123456789相对扩展不确定度：U,(Vzo)=0.012%,k=2;U,(k)=0.012%,k=2。A.3活塞式流量标准装置不确定度评定实例——尺寸测量法A.3.1概述由电驱动活塞装置的工作原理可知，在定温、定压下装置所提供的容积值取决于气缸内径或圆柱活塞外径与活塞位移之乘积。新制活塞装置对气缸或活塞均需进行精密测量，结合丝杆技术参数，计算脉冲当量或活塞系数，并对其不确定度分量评定，确定装置的扩展不确定度。A.3.2测量模型设室温t下测得气缸平均内径或柱形活塞外径为D、配用丝杆的螺距为P₁、二相步进电机固有步距角为1.8°,标准容积Vz₀按公式(A.7)计算。脉冲当量k按公式(A.8)计算。式中：D;——气缸内径或圆柱活塞外径的第j测量截面的第i次测量，mm;Pt——丝杆螺距，mm;α,β₀——量器、缸体或圆柱活塞材料的线膨胀系数，℃-1;f——活塞装置对应PL的脉冲数，Pul。A.3.3不确定度计算(A.7)(A.8)由公式(A.7)和(A.8),标准容积V₂₀和脉冲当量k的合成相对标准不确定度的计算见(A.9)和(A.10)。(A.9)u,(V₂o)=√u!(D)+u²(a)+u?(βp)+u:(t)+u;(Pi)(A.9)u,(k)=√u?(D)+u:(a)+u:(βs)+u²(t)+u;(Pl)+u²(f)(A.10)式中：u.(D)活塞装置缸体或活塞的平均直径的相对标准不确定度，%;u,(a)量具材料线膨胀系数的相对标准不确定度，%;u:(β₀)——缸体材料线膨胀系数的相对标准不确定度，%;ur(t)——测量时的环境气温的相对标准不确定度，%;u,(PL)——丝杆精度引入的相对标准不确定度，%;u;(f)——脉冲的相对标准测量不确定度，%。注：1通常可视丝杆的精度(精度等级)为其标准不确定度u(PL);2若用光栅尺测量活塞位移，u(PL)为光栅尺的标准不确定度(分辨力与安装引入的不确定度的合成)。活塞装置标准容积V₂o和脉冲当量k的合成相对扩展不确定度按公式(A.11)和U(V₂o)=ku,(V₂o),k=2(A.11)U,(k)=ku,(k),k=2(A.12)附录B温度线膨胀系数表常用金属材料的温度线膨胀系数α10-6℃-1材料名称温度范围/℃—100～0工程用铜锡青铜40CrSi30CrMnSiA3Cr18Ni9Ti镍铬合金附录C光栅尺或旋转编码器的校准对活塞装置配备的编码器，其脉冲当量(光栅尺或旋转编码器)的校准与活塞装置的容积校准同时进行。光栅尺或旋转编码器信号一般与频率计数器或计算机系统相结合使用(以下简称显示仪)。一般要求光栅尺或旋转编码器分辨力满足装置的总不确定度要求。脉冲当量的校准可采用以下方法。校准前先接通活塞装置显示仪的电源，并预热稳定后可进行脉冲当量的校准。C.1容积法或质量法校准脉冲当量容积法按照7.2.3.3的校准方法，质量法按照7.2.3.2的校准方法，可选择活塞装置的自动或手动工作方式。当开始标准容积校准时，开启出口端阀门同时驱动电机开始驱动活塞下降，显示仪接收活塞装置发出的脉冲信号，将水流导向到标准量器或标准秤中，同时，显示仪开始累计活塞装置的输出脉冲。此时保持活塞装置平衡运行，当活塞装置达到设定排出的容积量时，停止下降，同时关闭出