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20L钟罩式气体流量标准装置及其测量不确定度评定

1装置结构及工作原理

20L钟罩式气体流量标准装置由钟罩本体、温度和压力传感

器、管路系统和控制系统四部分组成，其中钟罩本体采用白油作

为密封介质，主要结构包括钟罩体、光电编码器、钟罩底座、鼓

风机、平衡锤、压力补偿机构等。标准装置工作过程：开启鼓风

机，打开气动阀，关闭管道阀门。空气经过导气管进入钟罩，使

钟罩上升。当钟罩上升到上限挡板位置时，鼓风机停止送风，关

闭气动阀。停止一段时间，待钟罩内压力、温度稳定后，打开阀

门，钟罩内气体通过导气管流经被检流量计，排入大气，钟罩缓

慢下降。在此过程中，通过记录钟罩内气体的排出量和通过被检

流量计的气体量，以钟罩的体积量为标准值同被检流量计的示值

比较，就能确定被检流量计的示值误差。

2控制系统及控制软件

20L钟罩式气体流量标准装置控制系统由计算机通过数据采

集卡采集信号，主要是实现对钟罩本体的控制，包括钟罩内的温

度、压力，编码器输出的脉，钟罩的进气和出气阀门，钟罩的

进气限位开关等。其中钟罩位移的检测是通过一只高精度的旋转

编码器和与编码器相连的机械传动机构，将钟罩的直线位移转为

编码器的旋转，通过测量单位容积所代表码盘的脉数得到钟罩

容积与编码器脉数之间的对应关系。

控制软件采用组态软件进行编程，可以在人机界面上实现动

画，而且还可以显示钟罩本体各个采集数据，用户根据需要设定

检点的流量点，流量和检定次数，通过采集到的钟罩本体内的温

度压力流量和流量计前的温度压力进行数据处理，然后计算出被

检流量计的示值误差和重复性。

3不确定度评定

（1）钟罩体积本身的定值不确定度r（Vs）的评定。采用

静态容积法对钟罩进行检定，则用标准金属量器检定得到钟罩体

积本身的定值不确定度为Ur（Vs）=0.18%，k=2，故标准不确定

度Ur（Vs）=0.09%。灵敏系数为：cr（Vs）=1

θ

（2）温度引起的不确定度r（）的评定。1）钟罩内温

θ

度测量引起的不确定度r1（）。采用标准铂电阻温度计测量

钟罩内的温度，钟罩内气体温度是由钟罩顶部和底部两台温度变

送器进行测量后取平均值得到的，最大允许误差为±0.1℃，服

θ

从矩形分布，则r1（）=0.2/20/=0.58%，灵敏系数为：cr1

θθ

（）=0.068；2）实验室温度变化引起的不确定度r2（）

的评定。钟罩式气体流量标准装置检定流量计时，在检定前后各

测一次温度，取其平均值作为计算温度，由于实验室环境温度变

化要求达到0.3℃/h，则一次检定时间为1min时的温度变化为：

θ

0.3℃/60=0.005℃，服从矩形分布，则r2（）

θ

=0.005/20/=0.014%。灵敏系数为：cr2（）=0.068

（3）压力测量引起的不确定度r（p）的评定。采用绝压

变送器和差压变送器组合测量钟罩内的压力值，其中绝压变送器

最大允许误差为±10Pa，差压变送器最大允许误差为±10Pa，设

钟罩内的压力为1000Pa，服从矩形分布，则r（p）=（10+1）

/1000/=0.63%。灵敏系数为：cr（p）=-0.019

（4）时间不确定度的r（t）评定。计时器采用1MHz晶振

的计时器，其时间的标准相对不确定度为r（t）=0.01%。灵敏

系数为：cr（t）=-1。

（5）合成不确定度评定。根据不确定度传播律：，进行展

开，则合成标准不确定度为：

（6）扩展不确定度评定。按正态分布，取k=2，相对扩展

不确定度为：Ucrel（q）=kcrel（q）=2×0.099%=0.20%，k=2

4结束语

20L