气体定流量发生器的不确定度评定

甄杨

[摘要]定流量发生器广泛应用于汽车、燃气器具、医疗器械、卫生包装等行业，依据JJF（津）05-2018《气体定流量发生器校准规范》的要求，对气体定流量发生器进行了不确定度评定。

[关键词]气体定流量发生器;不确定度;評定

定流量发生器在给定的温度和压力下，入口端和出口端之间存在压力差而形成气体流动。在温度和定流量发生器前后端压力保持恒定的条件下，流经定流量发生器的流量也保持恒定。定流量发生器应用比较广泛，主要用于各种压力下，各种气体流量的测量或进行各种气密检漏仪的校验。定流量发生器的内部主要构件为节流元件，根据流量的大小改变节流元件的直径可以得到所需的流量值。图1为定流量发生器内部结构示意图。根据应用场合和流量的大小的不同，节流元件的分为毛细管、玻璃管、金属管等类型。

一、测量方法

气体定流量发生器校准通常可选用正压法或者负压法来实现，常见的标准装置有活塞气体流量标准装置、皂膜式气体流量标准装置和钟罩式气体流量标准装置等，实验室环境温度：（20±2）°C，相对湿度：30%～80%，校准时周围不应有附加热源、强振动等，校准过程中，环境温度、标准装置和被校定流量发生器处的温度之差应不超过1°C，定流量发生器一般应在校准环境条件下放置2h以上，等待定流量发生器稳定到校准环境的温度下方可进行校准。

图2为使用流量测量标准装置进行正压定流量发生器校准的示意图[。

二、测量模型

（一）20°C下定流量发生器的校准流量计算公式为：

qm—定流量发生器出口处的校准流量，L/min或ml/min;

Ps—流量测量标准装置出口端的绝对压力，kPa;

Pm—定流量发生器出口端的绝对压力，kPa;

Tm—定流量发生器出口端的热力学温度，K;

Ts—流量测量标准装置出口端的热力学温度，K;

qs—流量测量标准装置测量的流量值，L/min或ml/min。

（二）不确定度传播系数

由公式（1）式可得：

三、不确定度分量评定

以一个表前额定压力为400kPa，额定温度为20°C，标称流量为1.226mL/min的定流量发生器的校准为例。用于流量测量的标准装置的准确度等级为1.0级。校准记录如下表所示。

（一）重复测量引入的不确定度ur（Er）

由重复测量引入的不确定度属于A类不确定度。将定流量发生器测量6次，校准结果为。

则由重复测量引入的不确定度为：

（二）标准装置出口端压力测量的不确定度ur（Ps）

标准装置出口端压力测量的不确定度属于B类不确定度，出口端压力利用压力变送器进行测量，此次测量中压力变送器的准确度等级为0.2级，假设服从均匀分布，则出口端压力测量引入的标准不确定度为：

（三）气体定流量发生器出口端温度测量的不确定度ur（Tm）

气体定流量发生器出口端温度测量的不确定度属于B类不确定度，出口端温度利用温度变送器进行测量，此次测量中温度变送器最大允许误差为±0.2°C，假设服从均匀分布，则定流量发生器出口端温度测量引入的标准不确定度为：

（四）气体定流量发生器出口端压力测量的不确定度ur（Pm）

气体定流量发生器出口端压力测量的不确定度属于B类不确定度，出口端压力利用压力变送器进行测量，此次测量中压力变送器的准确度等级为0.2级，假设服从均匀分布，则出口端压力测量引入的标准不确定度为：

（五）标准装置出口端温度测量的不确定度ur（Ts）

标准装置出口端温度测量的不确定度属于B类不确定度，出口端温度利用温度变送器进行测量，此次测量中温度变送器最大允许误差为±0.2°C，假设服从均匀分布，则标准装置出口端温度测量引入的标准不确定度为：

（六）标准装置引入的不确定度ur（qs）

标准装置引入的不确定度属于B类不确定度。流量测量标准装置采用皂膜式气体流量标准装置，准确度等级为1.0级，其扩展不确定度为1.0%，置信概率为95%，包含因子k=2，其相对标准不确定度：

四、合成标准不确定度

气体定流量发生器不确定度分量汇总表如表2所示。

五、扩展不确定度

取包含因子k=2，扩展不确定度为：

结语

本文在气体定流量发生器不确定度评定过程中，选用的实验标准装置为皂膜式气体流量标准装置，该装置的准确度等级为1.0级，若选用准确度等级更高的钟罩式气体流量标准装置，则可以降低由测量标准装置引入的不确定度分量。

参考文献：

[1]JJF（津）05-2018《气体定流量发生器校准规范》[S].天津市计量监督检测科学研究院，2018.

[2]JJG640-2016《差压式流量计》[S].北京：中国计量出版社，2016.