壓縮天然氣加氣機測量結果的不確定度評定

郭曉微 宋捷（南充市計量測試研究所，四川 南充637000）

壓縮天然氣(簡稱CNG)是將天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中的氣態(tài)產品，縮天然氣主要成分是甲烷(CH4)，可作為汽車燃料替代汽油、柴油。壓縮天然氣作為汽車燃料，具有低污染、低成本等優(yōu)點，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前已在世界得到廣泛應用。壓縮天然氣加氣機是帶有計量計價功能可提供壓縮天然氣燃料充裝的專用設備，由于壓縮天然氣具有貿易結算性，所以壓縮天然氣加氣機被列入我國強制檢定類計量器具目錄，其生產和使用必需符合相關法制計量管理要求。

1 檢定背景與條件

1.1 測量依據(jù)

JJG 996-2012《壓縮天然氣加氣機》

1.2 環(huán)境條件

溫度：（-20～50）℃，濕度：（35～95）%RH，大氣壓：（86～

106）kPa。

1.3 測量設備

名稱：質量流量計（加氣機檢定裝置）、型號：JJB-25，測量范圍：（1～80）kg/min，準確度：0.2級

1.4 測量對象

名稱：壓縮天然氣加氣機、型號：HQHP-JQJ-IC-II、最大允許誤差：±1%

1.5 測量方法

本次實驗采用標準表法；將儲氣罐、被檢加氣機與標準流量計串聯(lián)起來，比較被檢加氣機示值與標準流量計示值，取六次示值誤差的平均值作為該被檢加氣機的示值誤差。

2 測量過程

2.1 檢定前準備

本次測量采用常規(guī)試驗方法。檢定前，先檢查現(xiàn)場配套是否齊全，啟動是否正常，被檢加氣機是否正常工作。核驗加氣機機身氣質密度和加氣站最近氣質報告密度是否一致，若不一致，則先要調整加氣機機身密度，再進行下一步檢定操作。

2.2 操作步驟

將加氣機加氣槍打開，先用被檢加氣機對整個加氣機檢定裝置加氣，觀察檢定裝置上精密壓力計示值，計算壓降。將檢定裝置上的加氣槍插入汽車氣罐的加氣口，點擊電腦上“連續(xù)顯示”，打開加氣機加氣鍵，開始加氣檢定。待加氣結束后，點擊電腦上“停止顯示”，此時電腦啟動計算加氣機的示值誤差，將此時的示值誤差計入記錄。檢定結束后，關閉被檢裝置加氣槍，將檢定裝置的加氣槍對天排放掉檢定裝置中的氣體，待氣體放空后，取出連接在檢定裝置上的加氣槍，關閉檢定裝置和電腦電源，將連線去下收回，檢定工作結束。

3 測量模型

依據(jù)計量檢定規(guī)程JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機》，用標準裝置檢定壓縮天然氣加氣機，根據(jù)規(guī)程，其示值誤差如下：

式中：ΔV—被檢加氣機的示值誤差 ΔVJ—被檢加氣機的示值ΔVB—加氣機檢定裝置的示值

根據(jù)公式（1），被檢加氣機的示值誤差ΔV的方差和靈敏度系數(shù)如下：

式中靈敏系數(shù)：C(VJ)=1；C(VB)=-1。

4 標準不確定度的分析及評定

4.1 加氣機檢定裝置的準確度引入的不確定度分量u1

準確度引入的不確定度選擇B類評定方法，查詢標準裝置的檢定證書，加氣機檢定裝置的準確度為±0.2%，按照正態(tài)分布計算，取包含因子k=2，所以由標準裝置引入的不確定度u1

估計其比較可靠，取自由度v1=50

4.2 加氣機檢定裝置的分辨率所引入的不確定度分量u2

加氣機檢定裝置的分辨率引起的不確定度用B類評定，不確定度區(qū)間±0.007m3，按均勻分布，所以由加氣機檢定裝置的分辨率所引入的不確定度分量u2

u2=0.0040m3

估計其可靠性約為10%，依據(jù)公式，自由度為：v2=50

4.3 加氣機分辨率引入的不確定度分量u3

由分辨率引入的不確定度用B類評定，由于可燃氣加氣機的最小分度值為0.01m3，因此每一個讀數(shù)值可能包含的誤差在±0.005m3范圍內，假設按均勻分布計，所以有：

估計其可靠性為10%，依據(jù)公式，自由度為：v3=50

4.4 加氣機測量重復性引入的不確定度分量u4

測量重復性引入的不確定度可用A類標準不確定度評定。為了獲得測量重復性引入的標準不確定度，采用標準表法，將加氣機檢定裝置重復測量10m3點記錄數(shù)值，測得數(shù)據(jù)如下：

單次測量的標準差s按貝塞爾公式計算得到：

序號v2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 Xˉ測量值Xi(m3)10.03 10.02 10.02 10.03 10.03 10.04 10.02 10.03 10.02 10.04 10.028 v=Xi -Xˉ 0.002-0.008-0.008 0.002 0.002 0.012-0.008 0.002-0.008 0.012 0.00004 0.00064 0.00064 0.00004 0.00004 0.00144 0.00064 0.00004 0.00064 0.00144∑0.0056

實際檢定以6次測量值最為測量結果，則

有效自由度v4=6×(10-1)=54

4.5 合成不確定度的計算

綜上分析所得，可燃氣加氣機的各個不確定度分量匯總表如下：

不確定度分量匯總表

自由度v 50 50 50 54標準不確定度分量u1 u2 u3 u4標準不確定度來源標準裝置準確度標準裝置分辨率加氣機分辨率加氣機重復性標注不確定度值0.01 0.0040 0.0029 0.0102

根據(jù)公式u=u21+u22+u23+u24（3）

將上面計算所得數(shù)據(jù)代入公式（3），經計算得：u=0.0151m3

將上面計算所得數(shù)據(jù)代入公式（4），經計算自由度得：v=125

4.6 擴展不確定度的計算及報告

取置信概率p=95%，有效自由度veff=125，查t分布表得：

取k=2

計算擴展不確定度

u95(ΔV)=k95×uc(ΔV)=2×0.0153=0.03m3

5 報告

壓縮天然氣加氣機的本次測量示值誤差的擴展不確定度

U=0.03m3，k=2

6 結語

通過上述實驗和計算結果表明，壓縮天然氣加氣機檢定裝置滿足國家相關標準及計量技術規(guī)范的要求，可用于壓縮天然氣加氣機的計量檢定。