GLZ型高壓流量自控儀示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

潘俊宏,劉東海

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采油十二廠(chǎng)（甘肅 合水745400）

GLZ型高壓流量自控儀適用于油田的高壓注水、注聚工程，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)注水、定量注水及標(biāo)準(zhǔn)注水，最大限度地減小了油田注水對(duì)底層結(jié)構(gòu)的破壞，為油田減小輸差、提高產(chǎn)量提供了技術(shù)保障。作為采油廠(chǎng)閥組注水井的主要計(jì)量?jī)x表，該流量計(jì)具有穩(wěn)定性較好、耐高壓、計(jì)量誤差小、故障率低、自動(dòng)穩(wěn)流的特點(diǎn)。為使其能較好地滿(mǎn)足油田精細(xì)注水的管理要求，針對(duì)自控儀示值誤差及重復(fù)性，進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定，通過(guò)評(píng)定，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了GLZ型高壓流量自控儀在油田注水領(lǐng)域應(yīng)用中的計(jì)量特性，也為校準(zhǔn)工作提供了依據(jù)。

1 概述

1）測(cè)量依據(jù)：JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[1]。

2）環(huán)境條件：溫度19℃；濕度30%RH，常壓。

3）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)量范圍0.3～6.0 m3/h，電磁流量計(jì)0.2級(jí)[2-3]。

4）被測(cè)對(duì)象：測(cè)量范圍為0.3～3.0 m3/h，GLZ型高壓流量自控儀，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)[4]。

5）測(cè)量方法：采用電磁流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表，通過(guò)3次循環(huán)將被檢表的各檢定點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)器直接比較，逐點(diǎn)讀取被檢表累計(jì)顯示值，兩者之差即為被檢儀表的示值誤差[5]。

6）評(píng)定結(jié)果的使用：在符合上述條件的測(cè)量結(jié)果，可直接使用本不確定度的評(píng)定結(jié)果。

2 檢定原理

標(biāo)定裝置流程如圖1所示,該系統(tǒng)主要由2臺(tái)橫河AXF-025G/080G電磁流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)器）、循環(huán)管路、電動(dòng)閥、快開(kāi)閘閥、離心泵、蓄水池、自動(dòng)操控系統(tǒng)等配套設(shè)施組成。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)串聯(lián)連接的方式，可以對(duì)水平干線(xiàn)流量計(jì)、閥組角式自控儀角式干線(xiàn)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，按照標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法，保證標(biāo)定環(huán)境溫濕度，流量流速穩(wěn)定后，通過(guò)累積流量比對(duì)進(jìn)行被檢表系數(shù)修正。

圖1 流量標(biāo)定裝置

3 測(cè)量模型

采用的測(cè)量模型如下：式中：E為示值誤差，m3/h；Q為高壓流量自控儀示值(累計(jì)值)，m3/h；QS為標(biāo)準(zhǔn)表的示值(累計(jì)值)，m3/h。

誤差來(lái)源：①測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；②標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

靈敏系數(shù)為C1=1/QS；C2=Q/QS。忽略壓力、溫度對(duì)流量計(jì)系數(shù)的影響，不做修正。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.1 重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q）的評(píng)定

u（q被）可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。對(duì)一塊0.1～3.0 m3/h、編號(hào)為171018P、準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的高壓流量自控儀，在重復(fù)條件下確定3個(gè)檢定點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢定10次，各檢定示值所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

4.2 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q S）的評(píng)定

輸入量q標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)裝置本身引入不確定度分量。

表1 10次測(cè)量結(jié)果

1）標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度測(cè)量數(shù)學(xué)模型：

式中：VN為體積；N為脈沖數(shù)；K為儀表系數(shù)；δVT為溫差體積變化；δVQ為氣泡體積變化；δVH為流量波動(dòng)系數(shù)體積變化；δVJ為水溫體積變化。

冷水流量測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2）標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)引入相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1rel，脈沖數(shù)誤差±1，設(shè)定流量最小脈沖數(shù)不少于2 000個(gè)：

3）標(biāo)準(zhǔn)表定點(diǎn)重復(fù)性和儀表系數(shù)穩(wěn)定性影響u2rel，根據(jù)檢定證書(shū)不確定度描述：

4）標(biāo)準(zhǔn)表示值差引入相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3rel，標(biāo)準(zhǔn)表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，服從正態(tài)分布：

5）管路水溫影響u4rel，水溫溫差小于1℃，16℃水膨脹系數(shù)0.000 2/℃：

6）管路氣泡影響u5rel，由于水池液位與水泵吸入口的高度高于0.5 m,且管道高處已通過(guò)排氣裝置排氣穩(wěn)定：

7）變頻泵產(chǎn)生瞬時(shí)流量波動(dòng)系數(shù)u6rel，標(biāo)準(zhǔn)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)表明1 200 L/H波動(dòng)系數(shù)0.5%：

8）標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)合成相對(duì)不確定度為：

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

依據(jù)上述測(cè)量不確定度評(píng)定過(guò)程，將標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量匯總見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

4.3.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

因測(cè)量影響量xi彼此獨(dú)立，所以合成不確定度為：

4.3.3 合成不確定度的有效自由度

合成不確定度的有效自由度為：V=3×(10-1)=27。

4.4 擴(kuò)展不確定度的確定

取包含因子k=2,故測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=2ucrel=1.2%。

4.5 測(cè)量不確定度報(bào)告

1.5級(jí)高壓流量自控儀測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為Urel=1.2%，νeff=27，k=2。測(cè)量結(jié)果Yi=Qi±1.2%Qi。

4.6 誤差

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定u（Q）計(jì)算得知流量計(jì)相對(duì)示值誤差：

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，儀表室在用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定符合規(guī)范中量值傳遞的基本原則，評(píng)定GLZ型高壓流量自控儀0.3～3.0 m3/h在0.45 m3/h流量使用誤差最小，在0.75 m3/h重復(fù)性最好，測(cè)量結(jié)果不確定度為6‰。流量計(jì)是采油廠(chǎng)精細(xì)注水的重要組成部分，它的準(zhǔn)確與否是分析注水效果的重要依據(jù)，示值標(biāo)定測(cè)量不確定度直接決定流量計(jì)標(biāo)定結(jié)果的可靠性，它是評(píng)價(jià)流量計(jì)計(jì)量能力的重要性能。對(duì)管徑為DN25的高壓流量自控儀，在特定條件下標(biāo)定的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，其他口徑的流量計(jì)也可使用該方法進(jìn)行測(cè)量不確定的評(píng)定。