容积法检定大口径水表及不确定度的评定机电室张云峰庄耀清摘要：重点讨论了用容积法（测水池容量与水表的对比）检定大口径旋水表（如：LXLC-300）的设计思路和检测过程。
根据检测过程中实际遇到的问题，对水表免拆卸检定和容积法检定进行分析、比较，并讨论了容积法检定水表的不确定度评定。
引言：计量工作与经济社会发展、与人民切身利益息息相关。
特别对于企业来说，计量工作的重要性更加突出，直接关系到企业的经济利益、节能减排指标、环境保护等方方面面。
水表在企业的日常生产活动中是一个重要的计量仪表，在大理州有多家水泥生产企业都使用了大口径的水表，大理综合技术检测中心负责对这些水表进行周期性检定。
随着科学技术的发展，仪器仪表行业也在不断进步，如今运用先进的检测仪器对大口径水表的检测已经达到了免拆卸在线检测的水平。
企业不需要再像以往那样，将水表拆卸下来送检。
我们可以运用携带方便的标准表（超声波流量计）依据（JJG(京)39-2006 ）智能冷水表检定规程，到现场进行检定。
但是，根据被检定对象的实际情况，还是需要考虑具体的检定方案。
超声波流量计检测也会受限于不良的现在环境。
一、超声波流量计市综合技术检测中心的工作人员利用新购进的先进设备，为一某水泥企业的大口径水表进行上门检定。
在未使用该设备前，要想检定这种大口径水表，企业必须先进行拆卸然后再送检。
而现在，综合技术检测中心托这种先进的水表流量检定装置，实现了大口径水表检定的上门服务，为企业节能降耗分析准确数据提供了保障。
（图1、对水表的现场检定）超声波流量计采用先进的“时差法”测量原理，利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差，来求圆管内液体的流量。
仪表分主机和传感器两部分，使用时将传感器贴装在管壁外侧，通过信号电缆与主机相连，进行人机对话，将管路及被测液体参数输入主机内存，仪表即可工作。
UFT型超声波流量计采用管外非接触式测量，测量过程与管路中的液体没有任何接触，故不受来自液体压力、腐蚀、污染等诸多因素的影响。
新型的UFT型超声波流量计抗干扰性能和适应性能有很大提高，能适用于大功率变频器工作场合；采用了最新集成电路，电路参数进行了优化，使生产工艺更简单，而整机可靠性和一致性等性能更加优异。
1、工作原理：当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下面表达式：（图2、超声波流量计工作原理）其中：θ为声束与液体流动方向的夹角M 为声束在液体的直线传播次数D 为管道内径Tup 为声束在正方向上的传播时间Tdown 为声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup –Tdown2、影响超声波流量计计量的有关因素：（1）.流体介质（超声波流量计能测的介质也是有要求的，有些介质测不了）；（2）.介质的温度；（3）.是否满管（液体超声波流量计）；（4）.时差法原理的超声波流量计只能测较为纯净的液体流量；（6）.管道的材质；（7）.管道的壁厚；（8）.介质的流速范围（过低过高都测不准；（9）.当传感器探头接触管壁的时候是否充分接触，一般的管壁都需要经过打磨处理，加上耦合剂才能达到充分接触，如果接触不好会影响信号传递；（10）.传感器探头安装的距离（指的是时差法的超声波流量计，时差法是通过超声波的折射来完成测量的，如果距离不对那对信号也是影响非常大的）；（11）.时差法流量计一般探头是装在侧面，不建议装在顶端。
因为顶部会有气泡。
时差法是不能测带太多气泡杂质的！上面这些基本是超声波流量计的一些要求和不足的地方，但是超声波流量计也有很多优点的，例如可以有便携式的，对管径要求比较灵活，基本管径的变化不会影响价格，还有压力没有要求，因为是外夹式的，也无需截管安装，灵活方便！二、运用容积法检定测试水表由上面介绍的对超声波流量计计量的影响因素，可看出在现场检定过程中为了保证精确地测量，就必须考各种实际因素对测量结果的影响，而采用相对准确的方法。
下面以红塔集团滇西水泥厂一块大口径水表的检定测试过程为例介绍一下我们所采用的“容积法”检定过程。
1、考虑思路滇西水泥厂使用了LXLC-300E型水表，其一，水管口径较大，且水管为有折镀锌水管，管内壁比较粗糙，并且管由卷曲而成，管内水流速度不规则，对超声波的传播影响比较大，使用超声波流量计进行检定测试难以保证测量结果的准确性；其次，水管外壁有较厚的防腐材料层，影响了测量的精度；再次，水表的拆卸安装比较复杂，拆卸送检影响生产的进行，增加了检定的成本。
综上考虑，决定用“容积法”对次水表进行检定测试。
2、“容积法”检定测试根据《JJG(京)39-2006 智能冷水表检定规程》要求水表检定应有四个流量的检定，即：最大流量、常用流量、分界流量及最小流量。
次管路的水流量较大，中心现有标准容器难以满足对这几个点的测量，在现场我们做了一个较大的水池，作为标准容器，以下简称标准水池，标准水池严格按照要求做成一个标准的长方体。
尽量保证其各个横截面积的均等。
在测试过程中还使用了一下设备：（1）激光测距仪（751961#）A6型，用于测量水池的横切面的长，宽；（2） 30m钢卷尺(38#)GW-3001型,用于测量液面高度；（3）电控度高管，一根透明玻璃管和一个电磁阀组成，用于读取液面高度。
（可以避免睡眠波动对水面高度的影响）（4）水平尺，用于确保电控读高管垂直插入水中；（5）温湿度表，水银温度计。
其系统示意图如（图3）所示，（图3、利用标准水池对水表的检定测试）2、检测步骤简介（1）、取10个水池的横截面，用激光测距仪分别测量各个截面矩形的长（a）,宽（b）,并求出平均值，然后计算平均截面矩形面积S a b =⨯ 单位为（m 2或L ）（2）、将电控度高管垂直固定在水平尺上，并插入水池中；（3）、打开水管路阀门，将水注入标准水池中，使水表预热，一定时间后关闭阀门和水表，取出度高管进行度高操作，将此时读取的高度作为基点（用0h 表示）；（4）、根据根据《JJG(京)39-2006 智能冷水表检定规程》的要求对各个点进行检测。
其各个测试点的体积按下式计算：iii s Vh =⨯ 单位为（m 在此处键入公式。
3或L ）其中，0ii i h h h =- 单位为（m ）（5）、被测水表的示值误差按下式计算：100%SiiV V Vσ-=⨯式中，S V 为水表记录水量以上简单介绍了测试和计算的步骤，其它检定和测试计算，修正等根据实际情况按照《JJG(京)39-2006 智能冷水表检定规程》中的要求进行操作和计算。
这里不作说明。
三、 容积法检定测试水表的不确定度评定以LXLC-300E 型大口径水表为例，对容积法检定测试水表的不确定度进行评定。
某水泥厂主水表(1号)检测或校准结果的测量不确定度评定 1.数学模型%100⨯-=Q QQ E mE 水表的示值误差，以实际通过水量的百分数表示 Q 实际通过的水量，3m Qm 水表指针的指示水量，3m2.不确定度来源分析测量水池容积(底面积乘以高度)引起的不确定度u1 水温波动引起的不确定度u2水表测量重复性引起的不确定度u3水压波动引起的测量不确定度u4 3.不确定度分量的评定 测量水池容u1的计算 测量用水池的容积的底面积（m s）是通过多点多次测量取平均值得到，测量各数值的误差小于0.01m 。
而底面积m s=长乘以宽=209.3762m ，则底面积（m s）的测量误差为0.02m ，假设半宽度a=0.01m,正态分布，包含因子K=3，可得，0.01%0.033%3U s k ===则，1209.3760.033%0.698%c s u=⨯=⨯=估计其不可靠性为10%，依据公式⎝⎛⎪⎪⎭⎫∆⨯=21121u u v得)(50100102121= ⎝⎛⎪⎭⎫⨯ ⎝⎛⎪⎭⎫=-u v（2）水温u2的计算工作量器在（20±5）℃范围内使用时不做温度修正。
偏离标准温度2.5℃（实测水温为17.5℃）引起的水体积变化量为0.055%，矩形分布，3=k250.038%a k u == 估计其不可靠性为10%，依据公式⎝⎛⎪⎪⎭⎫∆⨯=22221u uv 得：)(50100102122= ⎝⎛⎪⎭⎫⨯ ⎝⎛⎪⎭⎫=-u v（3）水表测量重复性u 3的计算选取某水表重复测量6次,得到水表示值误差，各种不可预见因素影响，我们得到的数据要考虑粗差剔除和水表自身精度的影响量。
测得数据如下:因此由水表测量重复性引起的不确定度为30.340%s u== 测量次数为6次,则自由度为v =5（4）水压波动引起u 4的计算（水面波动引起高度h,(m)的变化）按国家标准要求，检定过程中，水压波动影响到的检定流量点变化在5%，对水表公称流量点误差曲线比较平缓，一般不大于0.1%，矩形分布。
在分界和最小流量点，水表误差曲线比较陡峭，我们实际分析以公称流量点为例，则有估计其不可靠性为10%，依据公式 ⎝⎛⎪⎪⎭⎫∆⨯=24421u u v得 )(50100102124=⎝⎛⎪⎭⎫⨯ ⎝⎛⎪⎭⎫=-u v1、 合成标准不确定度的评定(2)合成标准不确定度的计算%06.03%1.04==u24232212u u u u u c +++=0.781%5.扩展不确定度的评定（1） u c 的有效自由度νeff 计算4443432421414v u v u v u v u u v c eff +++==444443850505500.7810.006980.000380.003400.0006=+++以v eff =38, p =0.95查t 分布表得k =2.02 (2)扩展不确定度U 的计算 c r u k U ⨯= =2.02×0.781 =1.58% 结论对水表计检测，主要是在测量重复性影响和工作量器引入的不确定度分量的影响，一般得到测量结果的扩展不确定度为： 95 1.6U = ，100df v =2010年8月1日。