燃油加油机示值误差测量结果的不确定度评定

燃油加油机示值误差测量结果的不确定度评定

刘磊

界首市市场监督检验所 236000   

【文章摘要】：

依据JJG379-2009《大量程百分表》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定及表示》

，在温度为（-25~＋55）℃,，相对湿度应在30%~90%以内大气压力应在86kPa～106kPa范围内，用标准金属量器对燃油加油机进行10次重复性测量，然后根据其示值误差的数学模型，通过对引起其不确定度的分量分析，进行标准不确定度的A类和B类评定，进而评定出大量程百分表示值误差测量结果不确定度。

1.概述

1.1 测量依据：JJG443——2015《燃油加油机计量检定规程》

1.2 测量的环境条件：温度应在（-25~＋55）℃范围内：检定过程中环境温度的变化应不超过5℃，相对湿度应在30%~90%以内；大气压力应在86kPa～106kPa范围内。

1.3测量标准：测量标准为标准金属量器和温度计。

1.3.1标准金属量器的容积为100L，测量容积为100L（以Qmas≤60L /min为例），温度计测量范围-25℃～55℃，最小分度为0.1℃

1.3.2标准金属量器的总不确定度U=0.025%,k=3。

1.4被测对象及其主要性能

税控燃油加油机，最大允许误差为：±0.3%(按测量容积100L，最大允许误差为±300mL)，重复性应不超过0.15%。

1.5测量过程

在规定的测量环境条件下，用容积为100L总不确定性：U=0.025%的标准金属量器和辅助设备0.1℃分度的温度计，在规定的流量点Q上对加油机进行示值测量，将标准金属量器中所积的介质（用柴油），经温度补偿后的体积VBt，同加油机显示体积量状态时的体积值Vj比较之差值，定为加油机的示值误差。

2  数学模型

             ∆V=VJ-VBt           （1）

式中：∆V——税控燃油加油机示值误差，L；

    VJ——税控燃油加油机的示值（在加油机流量计输出口的油温，由油枪出口油温替代）；

VBt——标准金属量器的容积示值VB（在20℃下的标准容积）在加油机同温度下给出的实际体积值。

VBt= VB[1+βY（tj-tB）+βB（tB- t0）]       （2）

式中: VB——标准金属量器在20℃时的标准容积，L；

      tj——加油机流量计出口的温度（由油枪出口油温替代），℃

      tB——标准金属量器中的油温，℃

      t0——标准条件下的实验室温度，t0为20℃；

      βB——标准金属量器材质的体膨胀系数，℃-1；

      βY——检定介质柴油的体膨胀系数，℃-1。 

     （1）与（2）式合并得到数学模型为：

∆V= VJ- VB [1+βY（ tj-tB）+βB（tB- t0）]

3  输入量的标准不确定度评定

3.1  输入量VJ的标准不确定度u（VJ）评定

输入量VJ的不确定度来源主要是加油机测量的不重复性，可采用多次重复测量得到的测量列Vj1 ，Vj2，…Vjn， 采用A类评定方法评定。

同一台税控加油机，流量选择在100%处加油量设定在100L，用100L金属量器连续测量10次得到的一组测量列：（L）

100.05, 100.10, 100.08, 100.05, 100.08, 100.06, 100.10, 100.09, 100.07, 100.05

J=(1/n)=100.073L

单次实验标准差  δ=[Vjn-J)2/n-1]1/2=（0.003650/9）1/2=0.02L

3.2输入量VB的标准不确定度u(VB)的评定

   输入量VB的不确定度主要来源于标准金属量器的定值不确定度, 采用B类评定方法进行评定。根据标准金属量器检定证书中的信息，100L标准金属量器的不确定度区间内服从均匀分布，故包含因子k=，所以u(VB)=α/k=0.25L/=0.015L

3.3输入量βB、βY的标准不确定度，u(βB)和u(βY)的评定

3.3.1输入量βY为检定介质煤油的体膨胀系数，其不确定度来源于煤油介质的体膨胀系数测定,按规程中给出的值为βY=9×10-4/℃，不确定度采用B类方法评定，根据经验可估算。其不确定度的区间为[-9×10-6/℃，9×10-4/℃]，kP=2，故

u（βY）=(9×10-4/℃)/2=4.5×10-5/℃

3.3.2输入量βB为标准金属量器的体膨胀系数, 其不确定度来源于标准金属量器所用材料不锈钢的材质变化,测定后的βB=50×10-6/℃，不确定度采用B类方法评定，根据经验可估算。其不确定度的区间为[-50×10-6/℃，，50×10-6/℃] ，kP=2，故

u（βB）=(50×10-6/℃)/2=25×10-6/℃

3.4输入量tB，tj的标准不确定度u（tB）和u（tJ）的评定

3.4.1输入量tB为标准金属量器中柴油的温度, 其不确定度主要来源于温度测量仪表的分度误差(温度测量的均匀性影响忽略),不确定度采用B类方法评定，给出分度值为δ=0.1℃,则

u（tB）=(δ/2)/ =(0.1℃/2) / =0.05℃/1.73=0.029℃

3.4.2输入量tj为税控燃油加油机所用流量计(计量器)内的汽油温度,按检定规程JJG443—2006采用枪口出口汽油的介质温度替代，其不确定度主要来源于温度测量仪表的分度误差（tj的替代影响可以忽略），其不确定度采用B类方法评定，给出分度值为δ=0.1℃,则

u（tj）=(δ/2)/ = (0.1℃/2) / =0.029℃

4.合成不确定度的评定

4.1数学模型  ∆V=VJ-VB[1+βY（tj-tB）+βB（tB- t0）]

灵敏系数   C1=∂∆V/∂ Vj=1

           C2= ∂∆V/∂ VB=-[1+βY（tj-tB）+βB（tB- t0）]

           C3=∂∆V/∂βY=- VB（tj-tB）

           C4=∂∆V/∂βB=- VB（tB- t0）

           C5=∂∆V/∂βtj=- VB×βY

C6=∂∆V/∂βtB=-（VB×βB -VB×βY）= VB（βY-βB）

式中：C1=1       C2=-[1+βY（tj-tB）+βB（tB- t0）]

  根据规程要求检定过程中，环境温度变化不大于5℃，贮油罐容量为加油机流量（L/min）的10分钟的量之要求。一次检定中，tj-tB的变化不超过3℃，考虑到tB=40℃时，C2的值取到最大数，取

tj-tB=3℃，tB=40℃时，有

  C2=-（1+9×10-4×3+50×10-6×20）=-（1+27×10-4+10×10-4）

=-（1+0.0037）=-1.0037

C3=- VB（tj-tB）

因标准金属量器为VB=100L, tj-tB取值3℃，则C1=-100×3=-300L℃,

C4=- VB（tB- t0）

VB=100L, tB取40℃, 则C4=-100×(40-20)=-100×20=-2000 L℃,

      C5=- VB×βY

VB=100L, βY为9×10-4/℃,则C5=-100×9×10-4=-9×10-2=-0.09L/℃,

       C6=- VB×βB+ VB×βY

VB为100L, βB为50×10-6/℃, 则 C6=100×(9×10-4-50×10-6)=-0.085 L/℃

4.2标准不确定度汇总表

输入量VJ、VB、βY、βB、tB和tj的标准不确定度汇总表如表所示。

标准不确定度汇总表

4.3合成不确定度的计算

输入量VJ、VB、βB、βY、tB、tj均相互独立。所以，合成标准不确定度可以按下式计算：

uc2（∆V）=[(∂∆V/∂ VJ)·u(VJ)]2+[(∂∆V/(∂ VB)·u(VB)]2+[(∂∆V/(∂βB)·u(βB)]2+[(∂∆V/(∂βY)·u(βY)]2+[(∂∆V/(∂ tj)·u(tj)]2+[(∂∆V/(∂ tB)·u(tB)]2

=[c1·u(VJ)]2+[c2·u(VB)]2+[c3·u(βB)]2+[c3·u(βY)]2+[c5·u(tj)]2+[c6·u(tB)]2

uc（∆V）=[(0.02)2+(0.016)2+(0.005)2+(0.0135)2+(0.00261)2+

(0.00247)2]1/2(L)

        =0.030L=30mL

5. 不确定度的评定

取     k=2

扩展不确定度     U=kUC(∆V）=2×30=60mL

6.测量不确定度的报告与表示

税控燃油机加油机体积量为100L时的示值误差测量结果的扩展不确定度为

U=60mL           k=2

参考文献

JJG443-2015《燃油加油机计量检定规程》

JJF1059.1-2012《测量不确定度评定及表示》

JJF 1001-2011《通用计量术语及定义》

作者简介：刘磊，1966年4月出生，男，汉族，本科学历，助理工程师 从事计量技术研究