超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度評(píng)估方法

黃 和，徐 剛，張福元，朱明高，楊文川

（1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.國(guó)家原油大流量計(jì)量站南京天然氣分站，江蘇 南京 210058）

0 引 言

近年來隨著國(guó)內(nèi)天然氣工業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了近千臺(tái)美國(guó)和歐洲等公司的高壓、大口徑、高精度、多聲道氣體超聲流量計(jì)及其橇裝計(jì)量系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2020年國(guó)內(nèi)超聲流量計(jì)將達(dá)3 000臺(tái)。引進(jìn)的超聲流量計(jì)橇裝系統(tǒng)產(chǎn)品性能良好，但對(duì)超聲橇計(jì)量系統(tǒng)未給出系統(tǒng)不確定度評(píng)估，致使用戶無法了解橇裝后的計(jì)量系統(tǒng)不確定度是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18603《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》[1]的要求。同時(shí)國(guó)內(nèi)計(jì)量系統(tǒng)投入使用前，只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的驗(yàn)收，沒有對(duì)系統(tǒng)測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。本文對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)的整體的不確定度進(jìn)行分析研究，提出了超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)的整體的不確定度評(píng)價(jià)方法，以確保橇裝系統(tǒng)的不確定度滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于天然氣流量計(jì)量是組合量的測(cè)量，涉及到流量測(cè)量、壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、物性參數(shù)測(cè)定以及組成分析；在我國(guó)物性參數(shù)測(cè)定是采用國(guó)際常用的組成分析數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的間接測(cè)定方法。在貿(mào)易結(jié)算時(shí)，是使用一段時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣體積流量或能量流量。對(duì)于管輸天然氣計(jì)量，要求按GB/T 18603配置和選擇相應(yīng)的計(jì)量器具和計(jì)量方法。GB/T 18603把計(jì)量系統(tǒng)分為A、B、C 3個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的計(jì)量不確定度（準(zhǔn)確度等級(jí)）分別為1.0%、2.0%和3.0%，為了驗(yàn)證配置和選擇的計(jì)量器具和計(jì)量方法滿足GB/T 18603的要求，就必須對(duì)建成的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行不確定度評(píng)定，不確定度評(píng)定也可以為計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中計(jì)量器具配置和計(jì)量方法選擇提供理論和技術(shù)支持。

本文按照GB/T 18603并根據(jù)JJF 1059《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[2]中的不確定度評(píng)定方法和天然氣計(jì)量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，按其不確定度評(píng)定分解為組成分析、物性參數(shù)計(jì)算、流量、溫度和壓力測(cè)量，以及體積和能量計(jì)算各分量，并分別評(píng)定它們的測(cè)量和計(jì)算不確定度，而后合成，把復(fù)雜的不確定度評(píng)定問題通過分解和推導(dǎo)，得出實(shí)用的計(jì)算公式，方便推廣使用。

1 不確定度計(jì)算通用方法

我國(guó)不確定度評(píng)定規(guī)范JJF 1059是參照采用8個(gè)國(guó)際組織于1995年聯(lián)合制定并發(fā)布的《測(cè)量不確定度表示導(dǎo)則》（GUM）[3]制定的。JJF 1059是測(cè)量不確定度評(píng)定的通用方法，該方法是分別評(píng)定A類和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，而后合成和擴(kuò)展。

1.1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

在測(cè)量時(shí)，操作人員的熟練程度、儀器的穩(wěn)定性和外界干擾等不可量化的影響因素屬于A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，一般使用重復(fù)性或穩(wěn)定性的方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

式中：uA（）——量x以絕對(duì)值表示的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

R——量x在n次測(cè)量中的最大差值；

C——極差系數(shù)，n=2，C=1.13，n=3，C=1.64，n=4，C=2.06；

s（xi）——量x在n次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差；

xi——量x在第i次測(cè)量值；

式（1）一般用于測(cè)量次數(shù)不大于4的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算，式（2）用于測(cè)量次數(shù)大于4的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算，m和n可以相同，也可以不同。

由計(jì)算獲得的量值，沒有A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

1.2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度等可量化的因素引入的不確定度屬于B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書和儀器檢定或校準(zhǔn)證書中的不確定度數(shù)據(jù)計(jì)算。B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uB（x）——量x以絕對(duì)值表示的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

cxi——量xi對(duì)于量x不確定度的靈敏系數(shù)；

uC（xi）——量xi以絕對(duì)值表示的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

靈敏系數(shù)計(jì)算公式可由量x與量xi的關(guān)系式推導(dǎo)，公式如下：

量xi可能是由其他量組合的，也可能是單獨(dú)的測(cè)量參數(shù)。對(duì)于組合參數(shù)，可按式（3）的方法計(jì)算其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對(duì)于單獨(dú)測(cè)量參數(shù)，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：U（xi）——量xi證書上的擴(kuò)展不確定度（以絕對(duì)值表示）；

k——量xi的包含因子。

與本專題相關(guān)的量及其包含因子規(guī)定如下：

摩爾質(zhì)量，正態(tài)分布，k=3；

流量（體積、質(zhì)量或能量）、發(fā)熱量、壓縮因子和密度及天然氣標(biāo)準(zhǔn)氣體，梯形分布，k=2。

1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由A類和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算量x的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計(jì)算公式為

式中：uC（x）——量x以絕對(duì)值表示的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

1.4 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算，與置信概率有關(guān)。本文采用的置信概率為95%，擴(kuò)展不確定度計(jì)算公式為

式中：U（x）——量x以絕對(duì)值表示的擴(kuò)展不確定度。

以相對(duì)值表示的擴(kuò)展不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（x）——量x以相對(duì)值表示的擴(kuò)展不確定度，%。

2 流量計(jì)量不確定度計(jì)算通用方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量不確定度計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（Q）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積計(jì)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%；

Urel（qn）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積流量測(cè)量不確定度計(jì)算公式為

式中：urel（qn）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積計(jì)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（qf）——工作條件下的體積測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（pf）——工作條件下的壓力測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（Tf）——工作溫度測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（Zf）——工作條件下的壓縮因子計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（Zn）——參比條件下的壓縮因子計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（Fz）——超壓縮系數(shù)計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（qm）——質(zhì)量流量測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（ρn）——參比條件下的密度計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，可使用GB/T 21446-2008[4]中規(guī)定的方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積測(cè)量不確定度。對(duì)于壓力、差壓和溫度測(cè)量不確定度的計(jì)算，由于標(biāo)準(zhǔn)中采用原來雙波紋壓力（差壓）和棒式溫度的誤差計(jì)算方法，如果計(jì)量系統(tǒng)使用變送器測(cè)量壓力、差壓和溫度，則要使用2.4和2.5規(guī)定的方法計(jì)算。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)參比條件下能量計(jì)量不確定度計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量計(jì)量不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（E）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量計(jì)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%；

Urel（qE）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量流量測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下能量流量測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：urel（E）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量流量測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（Hs）——參比條件下的體積或質(zhì)量基的高位發(fā)熱量計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

2.3 流量測(cè)量不確定度計(jì)算

天然氣流量測(cè)量不確定度計(jì)算公式如下：

式中：uB，rel（qf）——工作條件下體積流量測(cè)量相對(duì)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

uA，rel（qf）——工作條件下體積流量測(cè)量相對(duì)A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

urel（qa）——流量計(jì)安裝引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

uB，rel（qm）——質(zhì)量流量測(cè)量相對(duì)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

uA，rel（qm）——質(zhì)量流量測(cè)量相對(duì)A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%。

根據(jù)檢定或校準(zhǔn)證書提供的資料，有如下處理方法：

（1）當(dāng)證書中提供了具體的不確定度數(shù)據(jù)，則用式（5）計(jì)算流量測(cè)量B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，如果證書中沒有給出包含因子，k，則k取2，此時(shí)uA，rel（qm）=0；

（2）當(dāng)證書中沒有提供（1）中的數(shù)據(jù)，而提供了標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度和檢定的重復(fù)性數(shù)據(jù)，則使用標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度按式（5）計(jì)算流量測(cè)量B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，使用重復(fù)性數(shù)據(jù)按式（1）或式（2）計(jì)算流量測(cè)量A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

（3）當(dāng)證書中沒有（1）和（2）中的數(shù)據(jù)，只給出流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)和檢定合格的結(jié)論，則使用該流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)據(jù)代替式（5）中的擴(kuò)展不確定度，k取檢定規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)裝置與被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)的倍數(shù)要求，如JJG 1030-2007[5]要求為3倍，則k取3，計(jì)算流量測(cè)量B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，此時(shí)uA，rel（qm）=0；

（4）進(jìn)行在線檢定或校準(zhǔn)時(shí)，urel（qa）=0；當(dāng)進(jìn)行離線檢定或校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該考慮安裝引起的附加流量測(cè)量不確定度，可取流量測(cè)量B類不確定度的1/3，即：

用式（6）計(jì)算流量測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用式（7）計(jì)算流量測(cè)量擴(kuò)展不確定度，用式（8）計(jì)算流量測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

2.4 壓力或差壓測(cè)量不確定度計(jì)算

壓力和差壓測(cè)量不確定度計(jì)算公式如下：

測(cè)量值在變送器的滿量程的10%及以上：

測(cè)量值在在變送器的滿量程的10%以下：

式中：uc（pf）——壓力或差壓測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

E（P）——壓力或差壓變送器檢定證書或說明書中的準(zhǔn)確度等級(jí)或誤差；

pf——壓力或差壓測(cè)量值；

pmax——壓力或差壓變送器的最大量程。

參照式（8），推導(dǎo)出壓力和差壓測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

用式（7）計(jì)算壓力和差壓測(cè)量擴(kuò)展不確定度，用式（8）計(jì)算壓力和差壓測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

2.5 溫度測(cè)量不確定度計(jì)算

溫度測(cè)量不確定度計(jì)算公式為

式中：uc（t）——溫度測(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，℃；

U（t1）——溫度變送器測(cè)量擴(kuò)展不確定度，℃；

U（t2）——電阻準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，℃；

E（t1）——溫度變送器檢定證書或說明書中的準(zhǔn)確度等級(jí)或誤差，℃；

Δt——溫度測(cè)量量程，℃；

E（t2）——電阻準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，℃；

t——測(cè)量溫度，℃。

參照式（8），推導(dǎo)出溫度測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為：

用式（7）計(jì)算溫度測(cè)量擴(kuò)展不確定度。

把溫度換算成開爾文單位，再用式（8）計(jì)算溫度相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

2.6 工作條件下物性參數(shù)不確定度計(jì)算

工作條件下壓縮因子和超壓縮系數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（Zf）——工作條件下壓縮因子計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%；

Urel（FZ）——超壓縮系數(shù)計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

當(dāng)使用 GB/T 17747[6]或 ISO 12213[7]或 AGA8號(hào)報(bào)告[8]標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算壓縮因子，壓力（0～12MPa）、溫度（263～338K）和天然氣組成數(shù)據(jù)在管輸范圍內(nèi)時(shí)，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度取0.1%，Urel（Zf）=0.1%。

當(dāng)使用GB/T 21446-2008提供的方法（NX-19）計(jì)算超壓縮系數(shù)時(shí)，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度取0.5%，即：Urel（FZ）=0.5%。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)參比條件下物性參數(shù)不確定度計(jì)算

天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件下物性參數(shù)計(jì)算不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（PPn）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣物性參數(shù)計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度，%；

Urel（PPn，B）——GB/T 11062[9]標(biāo)準(zhǔn)中表1～表5中給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，取0.05%；

Urel（PPn，m）——GB/T 11062標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)物性參數(shù)計(jì)算方法的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，取0.015%；

Urel（PPn，C）——作為方法輸入值的分析數(shù)據(jù)引入的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣壓縮因子計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uc（Zn，c）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣壓縮因子計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

uc（yi）——天然氣第i組分的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣發(fā)熱量計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：u（Hc）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣發(fā)熱量計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

u（Hc0）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣理想氣體發(fā)熱量計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣理想氣體發(fā)熱量計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣相對(duì)密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：u（Gr，c）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣相對(duì)密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣理想氣體相對(duì)密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uc（M）——天然氣摩爾質(zhì)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

天然氣摩爾質(zhì)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uc（ρn，c）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

u （c）——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣理想氣

體密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣理想氣體密度計(jì)算組成數(shù)據(jù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

用式（7）計(jì)算相應(yīng)物性參數(shù)計(jì)算擴(kuò)展不確定度，用式（8）計(jì)算相應(yīng)物性參數(shù)計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

2.8 組成分析數(shù)據(jù)不確定度計(jì)算

在天然氣流量測(cè)量中，天然氣組成分析是執(zhí)行GB/T 13610[10]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，各組分的不確定度有如下4個(gè)來源：

（1）分析標(biāo)準(zhǔn)氣體的重復(fù)性引入的不確定度，為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

（2）分析樣品氣體的重復(fù)性引入的不確定度，為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

（3）標(biāo)準(zhǔn)氣體不確定度引入的不確定度，為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

（4）由于標(biāo)準(zhǔn)氣體與樣品氣體含量之差超出檢測(cè)器的線性范圍引入的不確定度，為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可通過測(cè)定檢測(cè)器的線性范圍，選擇處于該檢測(cè)器范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體減少或消除其影響。

2.8.1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

分析天然氣組成時(shí)，操作人員的熟練程度、儀器的穩(wěn)定性和外界干擾等不可量化的影響因素屬于A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，使用分析的重復(fù)性計(jì)算，方法如下：

（1）對(duì)于離線分析，可用式(1)計(jì)算A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；由于標(biāo)準(zhǔn)氣體和樣品氣體的分析都是在相同的條件下進(jìn)行的，也可以使用樣品氣體分析的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度代替標(biāo)準(zhǔn)氣體分析的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；必要時(shí)，應(yīng)該考慮組成變化而引起周期點(diǎn)樣代表性引起的不確定度。

（2）對(duì)于在線分析，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際選用式（1）或式（2）計(jì)算A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，A類不確定度一經(jīng)計(jì)算，可以使用一段時(shí)間，但不能超過一個(gè)檢定周期；由于標(biāo)準(zhǔn)氣體和樣品氣體的分析都是在相同的條件下進(jìn)行的，樣品氣體是流動(dòng)可變的，一般使用標(biāo)準(zhǔn)氣體分析的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度代替標(biāo)樣品體分析的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（3）不管是離線還在線分析，都要求使用相同的方法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)氣體和樣品氣體分析的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，再用式（6）合成組成分析A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.8.2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

各組分分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uB（yi）——樣品中第i組分分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

Urel（ysi）——標(biāo)準(zhǔn)氣體中第i組分的相對(duì)擴(kuò)展不確定度（證書），%。

離線分析時(shí)，碳六價(jià)分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為

式中：uB（yC6+）——樣品中碳六加分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

yiC5——樣品中異戊烷摩爾分?jǐn)?shù)，由式（2）～式（15）計(jì)算；

ynC5——樣品中正戊烷摩爾分?jǐn)?shù)，由式（2）～式（15）計(jì)算；

uB（yiC5）——樣品中異戊烷分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由式（39）計(jì)算；

uB（ynC5）——樣品中正戊烷分析B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由式（39）計(jì)算。

組成分析時(shí)，如果甲烷直接定值，標(biāo)準(zhǔn)氣體中甲烷的相對(duì)不確定度計(jì)算公式為

式中：Urel（ysc1）——標(biāo)準(zhǔn)氣體中甲烷的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

2.8.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

用式（6）計(jì)算相應(yīng)組成分析合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

組成分析時(shí)，如果甲烷使用差減方法計(jì)算，則氣體中甲烷的合成不確定度計(jì)算公式為

式中：uc（yc1）——樣品中甲烷分析合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.8.4 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

用式（7）計(jì)算相應(yīng)組成分析擴(kuò)展不確定度，各組成分析相對(duì)擴(kuò)展不確定度按式（8）計(jì)算。

2.9 賦值不確定度計(jì)算

當(dāng)天然氣組成數(shù)據(jù)或物性參數(shù)使用賦值方法獲取時(shí)，其不確定度計(jì)算應(yīng)該考慮賦值引入的不確定度。

賦值不確定度可以通過對(duì)賦值結(jié)果計(jì)算而獲得。當(dāng)沒有計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用賦值周期內(nèi)天然氣組成數(shù)據(jù)或物性參數(shù)的穩(wěn)定性（波動(dòng)）數(shù)據(jù)作為附加A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3 超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度評(píng)估

3.1 超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度計(jì)算方法

超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)屬于高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)，一般用于長(zhǎng)輸管線和大用戶的計(jì)量。單回路計(jì)量不確定度評(píng)定方法據(jù)如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量不確定度評(píng)定：使用式（9）、式（10）和式（14）進(jìn)行評(píng)定；

（2）標(biāo)準(zhǔn)參比條件下能量計(jì)量不確定度評(píng)定：使用式（15）、式（16）和式（17）進(jìn)行評(píng)定；

（3）工作條件下體積流量測(cè)量不確定度評(píng)定：使用2.3中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定；

（4）壓力測(cè)量不確定度評(píng)定：使用2.4中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定；

（5）溫度測(cè)量不確定度評(píng)定：使用2.5中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定；

（6）工作條件下壓縮因子不確定度評(píng)定：使用2.6中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定；

（7）標(biāo)準(zhǔn)參比條件下壓縮因子和高位發(fā)熱量不確定度評(píng)定：使用2.7中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定；

（8）組成分析數(shù)據(jù)不確定度評(píng)定：使用2.8中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定。

超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)都是由兩個(gè)和兩個(gè)以上回路組成的，當(dāng)使用多回路并聯(lián)計(jì)量時(shí)，該計(jì)量系統(tǒng)所計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量和能量計(jì)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度公式為

式中：Urel（Q）——計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量和能量計(jì)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%；

Urel（Qi）——計(jì)量系統(tǒng)中第i回路計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積計(jì)量和能量計(jì)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度，%。

當(dāng)計(jì)量回路中的流量計(jì)都是相同廠家和規(guī)格時(shí)，并聯(lián)計(jì)量中各流量計(jì)的流量基本相同，則式（43）可簡(jiǎn)化為

3.2 超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度評(píng)定示例

下面以配置在線色譜儀和采用賦值及離線分析方法3個(gè)計(jì)量系統(tǒng)為例，說明超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度評(píng)定方法的應(yīng)用。

某計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量器具配置和使用方法及測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

（1）流量計(jì)為DN300多聲道超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)（三用一備、兩用一備、一用一備，上下游直管段按GB/T 18604[11]要求），送國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站成都分站檢定合格，準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0，3臺(tái)流量計(jì)在量程的50%左右工作；

（2）壓力測(cè)量?jī)x表為智能絕對(duì)壓力變送器，0.075級(jí)，量程為0～4.0MPa，經(jīng)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格，工作壓力為1.502MPa；

（3）溫度測(cè)量?jī)x表為智能一體化溫度變送器，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1℃，量程為0～100℃，經(jīng)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格，測(cè)量溫度為16.00℃；

（4）組成數(shù)據(jù)分別采用在線色譜儀、賦值方法及離線分析方法獲得；

（5）工作條件下的壓縮因子使用GB/T 17747.2計(jì)算；

（6）標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的物性參數(shù)使用GB/T 11062計(jì)算。

超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)流量測(cè)量不確定度評(píng)估結(jié)果如表1所示?？梢钥闯霰疚慕o出的超聲流量計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度方法得出的評(píng)估結(jié)果符合GB/T 18603規(guī)定的A級(jí)計(jì)量系統(tǒng)，即系統(tǒng)計(jì)量不確定度（準(zhǔn)確度等級(jí)）為1.0%。

表1 超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)流量測(cè)量不確定度評(píng)估結(jié)果

4 結(jié)束語

本文按照GB/T 18603和JJF 1059要求，結(jié)合天然氣計(jì)量的特點(diǎn)，提出了超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)不確定度評(píng)定方法。本方法是應(yīng)用國(guó)際上通用的測(cè)量不確定度評(píng)定方法研究編制，符合國(guó)際通用要求，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。本方法的創(chuàng)新點(diǎn)是按照超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)計(jì)量特點(diǎn)，按其不確定度評(píng)定分解為組成分析、物性參數(shù)計(jì)算、流量、溫度和壓力測(cè)量，以及體積和能量計(jì)算各分量，并分別評(píng)定它們的測(cè)量和計(jì)算不確定度，而后合成，把復(fù)雜的不確定度評(píng)定問題通過分解和推導(dǎo)，得出實(shí)用的計(jì)算公式。應(yīng)用研制的不確定度的評(píng)定方法，對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量橇裝系統(tǒng)中在線色譜儀、賦值和離線分析計(jì)量系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行評(píng)定，體積計(jì)量和能量計(jì)量不確定度評(píng)定結(jié)果都符合GB/T 18603標(biāo)準(zhǔn)的要求。

[1]GB/T 18603—2001天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[2]JJF 1059—1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[3]BIPM/IEC/IFCC/ISO/IUPAC/IUPAP/OIML，Guide to expre-ssion of uncertainty inmeasurement（GUM）[M].Published 1993，Corrected and Reprinted，1995.

[4]GB/T 21446—2008用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[5]JJG 1030—2007超聲流量計(jì)[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

[6]GB/T 17747—1999天然氣壓縮因子的計(jì)算[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[7]ISO 12213：2006 Natural Gas-Calculation of Compression factor[S].

[8]AGA Report No.8，Compressibility Factor of Natural Gas and Related Hydrocarbon Gases[R].1994.

[9]GB/T 11062—1998天然氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)計(jì)算方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[10]GB/T 13610—2003天然氣的組成分析 氣相色譜法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[11]GB/T18604—2001用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.