汤李宁：巴歇尔槽明渠流量计水位误差和流量误差测量不确定度的评定与表示 巴歇尔槽明渠流量计水位误差和流量误差测量 不确定度的评定与表示 汤李宁 （莆田市计量所，福建莆田３５１１００） 摘要：建立巴歇尔槽明渠流量计水位误差和流量误差测量不确定度的测量模型，对流量计检定过程中引入的不确定度进行分类和量化，较为全面地评定 了各个不确定度分量，并提出检定结果的相对扩展不确定度。为污水排放的准确计量提供参考依据。 关键词：巴歇尔槽；明渠流量计；不确定度 中图分类号：ＴＢ９３７ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４１０．５５ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｅｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１５．０５．０３２ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ Ｐａｒｓｈａｌｌ Ｔａｎｋ Ｗａｔｅｒ Ｌｅｖｅｌ ａｎｄ Ｆｌｏｗ Ｅｒｒｏｒ Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ａｎｄ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔａｎ Ｌｉｎｉｎｇ ０ 引言 明渠堰槽流量计 １．５测量过程 环境保护是我国的基本国策，污水排放直接影响到 人类的生存环境和生活质量。特别是我国人口众多，又 正处于向工业化国家转变的关键时候。各行各业的发展 突飞猛进，难免会产生大量的工业废水及民用污水。明 渠流量计作为污水流量计量仪表中的一种，具有计量准 （１）选取一台流量平稳的标准巴歇尔槽明渠流量计 （型号ＰＲＯＳＯＮＩＣ ＦＭＵ８６１，厂家Ｅｎｄｒｓｓ Ｈａｕｓｅｒ，堰槽型 号：ＱＶ３１３，喉宽７１０ｍｍ），堰槽为自由出流状态，使用明 渠流量计检定装置测量堰槽的水位和流量。测试时，记 确可靠、使用方便、实时测量等优点。现已大量用于工业 废水的排放监测。目前，国内主要采用超声波或压力式 液位计配合巴歇尔槽达到监测污水排放量的目的。本文 依据ＪＪＧＴ１ １—１９９０（明渠堰槽流量计》试行检定规程建 立巴歇尔槽明渠流量计水位误差和流量误差测量不确定 度的测量模型，对检定过程中引入的不确定度进行分类 和量化，系统全面的评定了实验过程中所产生的不确定 度，对正确评估和使用环境检测结果具有重要意义。 １ 测量方法 录被检流量计的流量Ｑ和液位值ｈ，并同时记录测得的 液位值ｈ，，按公式计算出理论流量Ｑ，，按照公式６＝（ 示 一 ）／Ｌ标×１００％计算水位误差和流量误差。 ２水位误差和流量误差不确定度的评定 ２．１建立水位误差 和流量误差 测量模型 × ００％ × ×１００％ Ｑ ＝０．３７２ｂ（３．２８ｈ） ％。 式中： 。一被检流量计流量示值误差；瓯一被检流量 １．１测量及评定依据 计水位示值误差； 一被检流量计液位值，ｍ；＾ 一标准器 液位值，ｍｍ；Ｑ一被检流量计流量值，ｍ ／ｓ；Ｑ 一理论流 ＪＪＧ ７１１—１９９０《明渠堰槽流量计》试行检定规程； ＪＪＦ１０５９．１—２ｏ１２（￣１Ｊ量不确定度评定与表示》。 １．２测量环境温度 量值，１ＴＩ ／ｓ；６一被检流量计喉道宽度，ｍｍ。 ２．２方差与灵敏系数 ｕ （Ｙ）＝∑（ ）ｕ （ ｉ） ＯＸｉ 本例评定的环境温度在（５—４０）℃。 １．３测量标准 明渠堰槽流量计检定装置。 ＯＡｃ ，・ １， ａＡｃ，ｚ ｈ 一 ； １．４测量对象（使用中的明渠堰槽流量计） 收稿日期：２０１５一Ｏｌ一２６ 囵 旦 几一ｏＱ—Ｑ Ｕ４一ｏＱ 一Ｑ ，一计量与Ｉ埘试技术）２ｏ１５丰４２巷第５期 １ ｒＯＡＸＱ＿ａＡＸｑ３．２．２测量重复性引入的不确定度ｕ（ｈ ：） 一一—一一２．２不确定度来源的分析 标准器重复测量１０次，记录液位值并按照流量公式 计算理论流量值，测量数据见表２： 表２ 明渠流量计标准装置测量堰槽水位和理论流量值 序号（ｎ） ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 从检定过程和测量模型分析，巴歇尔槽明渠流量计水 位误差和流量误差测量不确定度来源可归纳为以下方面： 水位误差：（１）被检流量计的分辨率和测量重复性 引入的不确定度；（２）标准器的分辨率、测量重复性和最 大允许误差引入的不确定度。 流量误差：（１）被检流量计的分辨率和测量重复ｌ生引入 ＾。（ＩｌｌＩＩ１） ６４８．８ ６４９．２ ６４９．３ ６４８．８ ６４８．５ ６５０ ６５０．２ ６４９．３ ６４９．７ ６４９．５ ｓ 标准偏差： ｋ：√ 压———＿ｉ 的不确定度；（２）测量喉道宽度、测量水位引入的不确定度。 ３不确定度分量的量化 ３．１ 被检流量计实测水头和流量的不确定度评定 ３．１．１分辨率引人的不确定度ｕ（ｈ ） 因为被检流量计的液位分辨力为０．１ｍｍ，流量分辨 率为０．０００１ ｍ ／ｓ按均匀分布考虑，则 “（ ．）： ：０．０２９ｍｍ； √３ ｕ（Ｑ】）：０—．０００１／２＿：２．９×１０～ｍ’／ｓ √３ ３．１．２测量重复性的不确定度“（ｈ ） 仪器测量时重复测量１０次，测量数据见表１： 表１ 被检流量计水位和流量示值 壁呈 ！ ！ ！ ！ ｈ（ｍｌｎ） ６５１．０ ６５３．４ ６５５ ６５２．１ ６５３ ６５３．５ ６５４．３ ６５４ ６５５．２ ６５５．１ ， ∽ｓ， ． 胛 ， ．， ｓ ・． ｓ ． ， ・ 标准偏差：ｓ √ ／∑（ｈ 一 ） ｌ・３６６ｍｍ； ｆ‘ Ｉ 二 ０＇０ｎ…ｎ ｍ ｊ，／ １０—１ ’ ……一 实际情况以３次测量算数平均值为测量结果，故取 ｎ＝３，则得到 （ ：）： ： ：０．７８９ｍｍ； √ｊ ｕ（Ｑ２）＝ＳＱ ＝１．６７×１０ ｉｎ。／ｓ 因为“（ｈ２）＞＞“（ｈ。）； “（Ｑ：）＞＞ （Ｑ ） 则ｕ（ｈ）＝“（ｈ２）＝０．７８９ｍｍ； ｕ（Ｑ）＝Ｍ（Ｑ２）＝１．６７×１０。ｒｆｌ ／ｓ ３．２标准器液位值测量引入的不确定度的评定 ３．２．１分辨力引人的不确定度 （ｈ ） 因为标准器的液位分辨力为０．１ｍｍ，按均匀分布考 虑，则 ）： －０．Ｏ２９ｍｍ 实际情况以３次测量算数平均值为测量结果，故取 ／／，＝３，则得到 （ ）：ｓ ： ：０．３１３＞＞ｕ（ ） 标准器的液位允差为±０．５ ｍｍ，则 ｕ（ ）： ：ｏ．２８９ｍｍ √ｊ 则标准器液位测量引入的不确定度／２，（ｈ） “（ ）＝√“ （ｈ ２）＋“ （ｈ ３）＝ ．３１３ ＋ｏ．２８９ ＝０．４２７ｍｍ ３．３测量喉道宽度引入不确定度 ３．３．１测量重复性引入的不确定度 （ｂ ） 本例评定的巴歇尔槽喉宽ｂ为６００．０ｍｍ，用钢直尺测 量５次数据为７１０．４，７１０．４，７１０．２，７１０．５、７１０．８。因测量次 数较少，故采用极差法计算重复Ｉ生引入的不确定度： （ｂｌ （６） ＝ ＝ ＝０．１１５ｍｍ ３．３．２测量误差和读数误差引入的不确定度 测量喉道宽度的钢直尺最大允许误差为±０．２０ｍｍ 和读数误差限±０．１ｍｍ，按均匀分布考虑，则由刚直尺测 量和读数引入的不确定度分别为ｕ（ｂ：）和¨（６，）： “（ｂ２）＝ ＝０．１ｌ５ｍｍ；ｕ ）＝ ＿０．０５８一 ～３ 则测量喉道宽度引入的不确定度为： “（６）＝￣／Ⅱ（ｂ ） ＋ （ｂ ） ＋ （ｂ，） ：￣／０．１１５ ＋０．１１５ ＋０．０５８ ＝０．１７３ｍｍ ３．４测量水位引入的标准不确定度评定ｕ（ ）＝Ｏ．４２７ｒｍｎ， 见不确定度评定３．２。 则输入量Ｑ 的标准不确定度 ｕ（Ｑ ）＝￣／ｃ ｕ （６）＋ｃ ｕ （ ）：０．９０ ｘ１０ ３．５标准不确定度分量一览表 （下转第６６页） 囵 输入量ｔ 的标准不确定度ｕ（ｔ ）主要由三通道直流 《计ｔ与测试技）２ｏ１５年第４２基第５期 由ｔ 彼此独立，所以合成标准不确定度ｕ。（Ａｔ）： 信号校验器的准确度、分辨力等引入的，采用Ｂ类方法 进行评定。 Ｍ。（Ａｔ）＝，／Ｅ Ｃ１ （ｔｄ）］ ＋［ｃ２ｕ（ ，）］ 按上式可得出电子自动平衡记录仪： ｎ ＝０．４２％ （１）三通道直流信号校验器的准确度引入的不确定 度分项１１，（ｔ ）的评定 ＪＹ９３Ｏ型三通道直流信号校验器经上级检定合格， ５扩展不确定度的评定 取其包含因子ｋ＝２ 制造厂说明书给出ＰＴ１００其准确度为０．１０￣Ｃ，在区间内 服从均匀分布，所以ｕ（ｔ 。）＝０．０６￣Ｃ。 扩展不确定度为Ｕ＝ｋ×Ｍ （Ａｔ）＝０．８４℃ ６结论 （２）三通道直流信号校验器的分辨力引入的不确定 度分项ｕ（ｔ ） 根据检定规程规定：检定电子自动平衡记录仪时，各 根据０．０１级三通道直流信号校验器为数字显示式 测量仪器，则其／Ｚ（ｔ也）＝０．２９８ｘ＝０．２９ Ｘ １０～ｏＣ。 因分量ｔ ｔｓ２相互独立，因此： 种因素引起的总的不确定度应不大于仪表最大允许误差 的１／４。通过计算，得出电子自动平衡记录仪最大允许 误差为４￣Ｃ，经比较，测量结果完全符合规程要求。 表３热电阻准确度指标表 （ｔ ）＝￣／ （ｔ １）＋ （ｔ ２）＝０．０６￣Ｃ 可以看出，标准器分辨力引入的的不确定度比准确 度引入的不确定度较小，基本可以忽略。 ４合成标准不确定度 ４．１灵敏系数： 由测量模型Ａｔ＝ｔ 一ｔ 得灵敏系数 Ｃ堂：１ ： １ Ｃ２ ：：一１一 对照标准器说明书给出的如上热电阻准确度指标 ４．２标准不确定度汇总表： 表２输入量的标准不确定度汇总表 表，应用同样的检定方法、程序，用ＪＹ９３０型三通道直流 信号校验器检定电阻类温度二次仪表，可以依次得出其 测量结果的不确定度。应用方法简单，数据可靠，检定快 速，大大提高了工作效率，保证了量传的准确可靠。 参考文献 『１］叶德培．测量不确定度理解评定与应用．中国质检出版社． 作者简介：苏海燕，女，助理工程师。工作单位：哈尔滨市计量检定测试院。 ４．３合成标准不确定度的计算 （上接第６４页） 表３ 水位误差和流量误差不确定度评定汇总表 通讯地址：１５００３６哈尔滨市香坊区珠江路５号（质检大厦８１０）。 ３．８扩展不确定的报告与表示： 巴歇尔槽明渠流量计的水位误差和流量误差测量结 果的相对扩展不确定度为： （６＾）＝０．２８％，ｋ＝２；Ｕ（Ｘｏ）＝０．４２％，ｋ：２ 参考文献 ［１］李长武，陈平，袁明等．明渠堰槽流量计现场检定方法浅析［Ａ］． 江苏省计量学术论文集［ｃ］．２００８：４６～４９． ３．６合成标准不确定度 ［２］ＪＪＧ７１１—１９９ｏ（明渠堰槽流量计》试行检定规程［ｓ］，北京，国家技 术监督局，１９９０． ｕ（８＾）＝￣／（１．２１５ Ｘ１０ ） ＋（ｏ＿６６２Ｘ１０ ） Ｘ１００％ ＝［３］高飚，于灵，罗敏．明渠流量计校准不确定度分析［Ｊ］．计量与测 试技术，２００９，３６（４）：８５～８６． ０．１４％ Ｍ（ＸＱ）＝￣／（１．２１５ Ｘ１０ ） ＋（０．６６２×１０ ） Ｘ１００％ ＝［４］ＪＪＦ１０５９．１—２ｏ１２（测量不确定度评定与表示》［ｓ］，北京，国家质 量监督检验检疫总局，１９９０． 作者简介：汤李宁，男，助理工程师。工作单位：莆田市计量所。通讯地址： ３５１１００福建省莆田市北大北街２１０号。 ０．２１％ ３．７扩展不确定度的计算 Ｕ（８ｈ）＝ｋ・ｕ（８ ）＝２ Ｘ０．１４％＝０．２８％，ｋ＝２ Ｕ（ＸＱ）＝ｋ‘ｕ（８＾）＝２ ｘ０．２１％＝Ｏ．４２％，，ｋ＝２
