对热能表检定结果的不确定度评定.doc

对热能表检定装置的不确定度分析

摘要：本文介绍了热能表检定装置不确定度来源，扩展不确定度的评定方法
关键词：热能表；示值误差；不确定度
1.引言
热能表作为一种和电表，水表一样的计量器具，它的准确与否直接关系到供热和用热双方的利益，为了提供一个公正，公平的用热环境，对热能表的检定是一项十分重要的工作。为了考量热能表检定结果的准确性，对热能表检定装置的进行不确定度分析是十分必要的。

2.热能表检定装置的工作原理：
根据国家计量检定规程JJG225-2001，用总量检定法检定热量表的示值时，将流经热能表中载热液体集中于标准衡器中，通过始值m0、结束值m1、热水装置水温以及环境温度，算出实际热量，比较热量表显示热量与实际热量，得到热能表的示值误差。
2.1.数学模型

式中：E—热量表热量值的最大允许误差；△θmin—最小允许温差，在此温差下；△θ—热交换系统中载热液体的入口温度和出口温度之差；qp—热量表在其计量不超过最大允许误差下可连续运行的最大流量；q—流量。

3.液体流量标准装置不确定度分析
3.1被测体积理论计算公式：

式中：VN：流过水体积
M：水体积称量值
：测量过程中在温度下被检表处水密度
KK：空气浮力修正系数
式中：：称量容器外空气密度；(1.20kg/m3)
：称量容器中空气密度；（1.14kg/m3）
W：水密度；（988kg/m3）
m：标准砝码密度；（8000kg/m3）
KK=1.0010
KC：插入称量容器中管道修正系数
式中：AC：插入管截面积
AL：称量容器面积
3.2误差分析
如考虑到系统其它部分可能影响测量结果，可将上面理论计算公式修正为：

式中：VG：中间管道温度变化引起的误差
VH：换向器引起的误差
VZ：蒸发引起的水体积变化
VQ：水中气泡引起的误差

3.3标准不确定度
根据上式可得出测量值VN的相对合成标准不确定度为：

3.4各项标准不确定度的评定方法
对A类不确定度按标准差的计算公式确定：

自由度为n-1。
对B类不确定度按矩形分布确定：
自由度为∞。
1）称量值
按规程要求对二台天平分别进行测量，并计算A类相对标准不确定度，其最大值为：

B类最大相对标准不确定度uM2/M=0.09%。
则uM/M=0.10%。
2）水密度
纯水的密度W可通过下式计算：
查表值Wde的不确定度可忽略不计。因实际使用水存在不定程度的污染会引起水密度的变化，其修正系数KW由定期对水的检测结果得出，其不确定度可通过KW测量结果的不确定度与变化后的水密度来估测，取其极限值0.05%，则：

温度对密度的相对不确定度的影响是由WtW决定的。水的热系数W在50℃附近的值约为0.0005℃-1。被测表处温度的误差tw可由温度计的误差限来估算，我们取tw=±0.5℃，则：

水的压缩性影响很小，其压缩系数为W=0.0005MPa-1，因装置最大工作压力为0.3MPa，可得出u(WPW)≤0.009%。
这样可求出水的密度的相对标准不确定度为：
3）空气浮力
空气浮力修正系数值KK=1.0010其误差不会大于0.0001，其对应的标准不确定度uK/KK<0.006%，可忽略不计。
4）中间管道温度变化带来的影响
此影响主要指被检表至标准器中间管道因温度变化和管道与水的热胀系数不同而引起的体积变化所带来的影响。

式中：W—水的膨胀系数，在50℃附近为0.0005℃-1
G—管道材质的膨胀系数，其值为0.00005℃-1
t—试验过程中介质温度的变化
当检定大流量点时，因VG《VN，可忽略不计，当检定最小流量时必须给予考虑。
设极限情况下，VN=10L，t=2℃，装置VG=8L，则
VG/VN=0.072%
uG/VN=0.04%
5）插入管的浮力影响
在实际中对插入管修正系数的准确性进行了实际的测试，其值uG/KG<0.01%可忽略不计。
6）换向器
换向器的不确定度是整个合成标准不确定度的主要组成部分。首先按规程要求用流量计检定法测出换向器时间差Δt，其相对标准不确定度为：

换向器B类最大相对不确定度为0.07%。
则换向器的相对标准不确定度为：uH/VH=0.08%。
7）蒸发量
热水在测量过程中的蒸发对装置测量准确度的影响很大，所以应尽量采取有效措施避免蒸发量的损失。
水的蒸发是从一个水气饱合状态变成另一个饱合状态的过程中发生的。在水温为 50℃条件时，我们知道使1m3的空气升高1℃并达饱合状态需蒸发约0.0038kg的热水，即：

设称量容器中空气的体积为VK，t为注水前后的温度差，则相对称量水质量的蒸发量为：

可看出此影响量较大，所以装置在使用时明确控制，即规定VK/V