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音速喷嘴法气体流量标准装置不确定度分析 一、概述 GLV-Z系列临界流文丘利喷嘴气体流量标准装置（以下简称置），选用符合国际标准（ISO9300）的临界流文丘利喷嘴气体流量标准，采用标准流量计比较发原理进行流量计的检定或测试。 本报告引用643-2003国家计量检定规程“标准表法流量标准装置”。 1、JJG643-2003国家计量检定规程“临界流流量计”； 2、JJG620-94国家计量检定规程“临界流流量计”； 3、CNAL/AC012003“检测和校准实验室认可准则”； 4、CNAL/AG062003“测量不确定度政策实施指南”。 二、装置简介 1、基本结构 该装置按照主要功能分成两大部分：主要的装置设备部分和专用管理软件部分，装置的谁被部分主要由以下五部分组成： 1.1装置计量部分 该部分包括：滞止容器、被压容器、音速喷嘴组、阀门组、压力变送器、温度变送器、阀门组等。 2、工作原理与特点 2.1测量原理 临界流文丘利喷嘴（简称喷嘴），当气体通过喷嘴喉部最小截面时，在达到临界压比下[P/P≤0.528时空气]其流速达到最大值（音速），但小 于临界压比时，气体通过该截面上的流速仍然保持最大值，音速不变。我们就是利用临界流喷嘴具有这一特性，作为气体计量量值标准的理论依据。 根据空气动力学，热力学，分子物理学等知识，经理论推导，通过临界流喷嘴的气体质量流量，可按下式计算： Qg = Cdkg/h (1) Qg：通过临界流喷嘴的气体质量流量（㎏/h） P：临界流喷嘴前滞止绝对压力（KPa） T：临界流喷嘴前滞止绝对温度（K） ф：和临界流喷嘴喉部面积等有关系数（制造单位给出） Cd：流出系数（制造单位给出） PH：在实验室条件下饱和蒸汽压力Kpa（计算机内可查） Ф：在实验室条件下相对湿度（湿度计实测获得） Po：在实验室内大气压力 根据连续性原理，通过被检流量计的质量流量Qg，一定等于通过临界流喷嘴的质量流量Qg。 被检气体流量计的输出信号是和体积流量有函数关系，则通过被检定气体流量计的标准体积流量可用下式表示： QV1=0.28689Cd (2) P1：被检气体流量计的表前绝对压力Kpa T1：被检气体流量计的表后绝对湿度K 通过被检气体流量计的实际指示流量值Qv则其检定结果误差应为 ×100% (3) 三、误差来源分析 根据装置的构成测量原理，形成有效检测的要素主要是： ⑴完全等流量传递通道。 ⑵准确的参数（压力温度，湿度等）测量。 ⑶准确的临界流计算公司和有效的喷嘴参数。 由此，可以对装置总体误差或不确定度形成影响的项目归类如下： 1、气体泄漏量： 由于本装置的原理是标准表法，要求通过被检表的质量流量与标准表一致，所以从被检表的后端到喷嘴之间不允许有泄漏，其控制指标为0.05%。 2、各类检测传感器和仪表： 包括被检表前后，滞止容器内和音速喷嘴前后的压力变送器，温度变送器，大气压力计以及湿度计。这些参数是用于判断和计算的依据，因此必须符合要求且经过检定。 3、音速喷嘴组： 须经过专业检定，给出响应的流出系数，临界流系数和检测结果。 4、计算机数据采集： 四、各类参数的不确定度 1、泄漏量 本装置的指标为优于0.05%，根据测试，在区间内为均匀分布，取K= ， 其标准不确定度V1==0.029% 2、一体化温度变送器 根据其检定证书，本装置所附之一体化温度变送器的基本误差限均为0.15%，设温度测量及不均匀引起误差限为0.15℃，则不确定度为=0.030% 3、压力变送器 根据检定证书，本装置所附之压力变送器基本误差最大为0.03%，优于0.05%，不确定度为 4、计算机数据采集计时Vr=0.01% 5、与喷嘴有关的参数 根据前述数学模型 Cd (4) 式中Cd-流出采数 P-喷嘴前的绝对滞止压力 T-喷嘴前的绝对温度 P1-被检表前（或后）度绝对压力 T1-被检表前（或后）的绝对温度 ф-与临界流喷嘴喉部面积等有关系数 PH-在实验室条件下饱和蒸汽压力 Ф-室内相对温度 Po-实验室内大气压力 由于喷嘴的检质与实际使用时相同，空气压缩系数的不确定度很小，而湿度休整所引起的不确定灵敏度很小。因此，在该模型中除了压力与温度参数外，流出系数Cd的不确定度是主要的影响因素。 根据检定证书，检测结果准确度优于0.2%，故 6、PVTt法检定喷嘴的精度为0.1%，故 五、装置的合成不确定度 其中：Uc-装置的合成不确定度 C1v-各分量的灵敏系数 U1v-各分量不确定度 将式（4）简化为 K为简化系数 求偏导：