【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波流量计，尤其涉及一种高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法。
技术介绍
1、在工业生产过程中，高温高压管道的流体流量测量是必不可少的一环，为了测量高温高压管道中的流体流量，通常会选择超声波流量计进行测量。超声波流量计是利用时差法原理设计而成的，这种原理决定了超声波流量计在测量过程中有两个因素影响测量结果的准确性，即超声波流量计测量管段的长度和口径，以及超声波流量计运行的工况条件，这些都会对超声波流量计的测量结果产生一定影响。因此，为避免测量结果受到影响，提高测量精度和准确度，就需要对超声波流量计进行不确定度分析和评估。
2、目前国内对超声波流量计的计量主要依据《jjg 1030-2007超声流量计检定规程》，该规程适用于以时间差法为原理的封闭管道用超声波流量计的型式评价、首次检定、后续检定和使用中的检验。依据检定规程，主要的检定项目包括流量计示值误差与重复性。示值误差体现流量计的准确度等级，重复性体现流量计的测量不确定度。
3、根据jjf 1059.1-2012测量不确定度评定与表示中的定义，测量不确定度是表征赋予被测量值分散性的非负参数。目前国内对超声波流量计不确定度的计算方法通常使用水流量标准装置进行实流标定，依据标定得出的实际流量误差及重复性，从而根据相对标准测量不确定度，即以标准偏差表示测量不确定度，再除以测得值的绝对值。当每个流量点重复标定n次时，该流量点处的测量不确定度按下式计算：
4、
5、式中：
6、(u)i——第i标定点
7、qi——第i标定点n次标定的瞬时流量平均值。
8、超声波流量计是一种常用的流量计，目前，我国的流量计技术发展迅速，已经达到了国际先进水平。与传统的流量计相比，超声波流量计具有测量精度高、测量范围宽、响应速度快、不受流体物理性质(如粘度、密度、温度)影响等优点，已被广泛应用于工业生产过程中流体流量的测量。
9、但是，超声波流量计在实际应用中还存在一些问题：如：超声波流量计一般使用于常温常压的运行管道内，这种环境下其工况本身引入的不确定度较为固定，通常可通过水流量标准装置进行实流标定。而对于高温高压管道的流体流量测量，由于国内尚无高温高压的实流标定台架，对大部分应用于高温高压工况下的超声波流量计无法进行实流标定，因此其引入的不确定度无法进行计算溯源，此外，这种环境下介质温度的变化带来的具体影响目前国内尚无准确评判标准，这就要求对超声波流量计进行不确定度分析评估。
10、目前，在我国针对高温高压管道流体流量的测量方法中，通常采用安装到应用管道后通过实际流量代入校准系数的方式，分段线性拟合来计算管道内流体的流速。该方法简单、适用范围广，但是存在计算误差大、精度低、适用范围窄等问题。同时，校准系数分段线性拟合在使用过程中也会出现一些问题：
11、(1)当分段线性拟合误差较大时，需要采用多项式拟合来对管道内流体的流速进行计算。由于分段线性拟合误差较大，因此在使用时往往会增加拟合阶数，这样会导致计算得到的管道内流体的流速的精度较低。
12、(2)此外，校准系数分段线性拟合也收到温度压力变化的影响，当温度压力产生变化时，该方法只能机械性的待入固定的校准系数，无法对其不确定度进行分析和评估。
13、(3)现有对于应用场合收到安全制约，例如核电厂、石油天然气、化工等高温高压流量应用场所，此类先安装后校准的方法极易引起安全隐患，产生不必要的损失。
14、因此，上述方法虽然方法简单、适用范围广，但测量精度低、无法提前评估不确定度、安全性差等原因，不适用于高温高压管道流体流量测量及其不确定度分析评估。
技术实现思路
1、为了解决在国内尚未高温高压实流标定台架的情况下，实现高温高压超声波流量计不确定度的分析评估的问题，本专利技术提供了一种高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，可作为相关行业的技术参考，具有溯源程度高、不确定度评估精度高、可靠性强。
2、本专利技术的技术方案为：一种高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，包括以下步骤：
3、step1、通过分析超声波流量计工作原理及管道内流体的流场流态，确定高温高压工作条件下影响质量流量测量精度的输入分量；
4、step2、通过温度直接及间接测量方法，确定高温高压下密度引入的不确定度计算方法；
5、step3、通过常温常压实流标定试验结合电源电压频率影响试验、上游扰流影响试验在无法进行高温高压实流标定试验的条件下，给出了流量校准系数的不确定度计算方法；
6、step4、通过表体有限元分析及高温高压静态试验，确定高温高压下表体变形量及声道几何因子引入的不确定度评估方法；
7、step5、通过高温高压静态试验，保证流体静止和高温温度稳定的前提下，确定测试传输时间、时间差、零点偏移等时间项所引入的误差并以此计算时间项引入的不确定度；
8、step6、通过环境变化试验、换能器安装试验或者其他测试试验，验证流量计长期运行过程中的其他不确定度影响因素评定；
9、step7、对step1～step6的不确定度分析评估方法进行合成，最终的质量流量相对不确定度为：
10、
11、作为上述技术方案的进一步改进：
12、优选地，所述step2中密度的的公式为：
13、ρ＝1000p/rtπγr；
14、其中压力p可通过压力变送器测得，温度t可以通过温度变送器直接测量或声速c间接测量获得，该区公式适用的范围是273.15k≤t≤623.15k，ps(t)≤p≤100mpa。
15、优选地，所述step2中可直接进行测量温度和压力，采用温度直接测量法得出密度测量的不确定度公式为：
16、
17、对于无法直接测量温度的，采用温度间接测量法，通过声速获得温度，具体公式为：
18、
19、式中，w为声速，τ是压力的函数，γr、γrτ、γττ、γrr是if97公式中压力和温度的函数，然后再结合温度直接测量法的公式求解密度ρ。
20、优选地，所述step3中的校准系数的不确定度计算公式为：
21、
22、其中u(kv)为流标定的校准系数引入不确定度，但可以可使用常温常压实流标定试验所得不确定度进行替代；u(kvf)为电源电压频率变化引入的标准不确定度，为实验结果中的不确定度均匀分布值，为最大值；u(kd)为流体扰动引入不确定度，为不同扰流状态下的测量误差，为无扰流状态时的误差。
23、优选地，所述step4中高温高压下表体截面积变化引入不确定度分量计算公式为：
24、
25、其中u(a)表示为对于管段截面积参数引入的不确定度分量，pd表示为测流管段体内径加工误差，按均匀分布考虑；pd，s表本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step2中密度的的公式为：
3.根据权利要求2所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step2中可直接测量温度和压力，采用温度直接测量法得出密度测量的不确定度公式为：
4.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step3中的校准系数的不确定度计算公式为：
5.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step4中高温高压下表体截面积变化引入不确定度分量计算公式为：
6.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step4中高温高压下声道几何因子变形引入不确定度分量计算公式为：
7.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特
8.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step5中传输时间引入不确定度的表示为：
9.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step5中零点偏移引入不确定度表示为：
10.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step6中换能器重复安装引入不确定度的表达为：u(ΔEexf)为误差区间的半宽度，按均匀分布计算不确定度；环境温湿度变化引入不确定度表达为u(ΔETH)，可通过对流量计展开针对性的温度和湿度影响试验进行验证。
...【技术特征摘要】
1.一种高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step2中密度的的公式为：
3.根据权利要求2所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step2中可直接测量温度和压力，采用温度直接测量法得出密度测量的不确定度公式为：
4.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step3中的校准系数的不确定度计算公式为：
5.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step4中高温高压下表体截面积变化引入不确定度分量计算公式为：
6.根据权利要求1所述的高温高压工况下超声波流量计的不确定度分析及评估方法，其特征在于，所述step4中高温高压下声道几何因子变形引入不确定度分量计算公式为：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：崔希炜，刘海，刘岩，刘志刚，郭威望，甘建伟，杨凯，陈卫科，
申请(专利权)人：阿米检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。