煉化企業(yè)石油密度計測量結(jié)果修正值不確定度評定

劉穎暉 蔡騏闊

（1.中石油遼陽石化公司；2.中國航空油料有限責(zé)任公司東北公司）

為了解遼寧省石油化工行業(yè)計量工作近年來的發(fā)展現(xiàn)狀，進一步促進石油化工計量工作的發(fā)展，客觀、公正、科學(xué)地反映目前該行業(yè)開展檢定工作的綜合技術(shù)水平，規(guī)范石油化工行業(yè)量值傳遞過程，保證量值傳遞的準確一致，有必要在石油化工行業(yè)內(nèi)組織石油密度計計量比對工作。

近年來，遼寧省各法定計量檢定機構(gòu)及石油化工企業(yè)在儀器設(shè)備、環(huán)境條件、管理水平及人員結(jié)構(gòu)等方面都有很大的變化。通過本次比對,能有效地檢驗法定計量檢定機構(gòu)及石油化工企業(yè)量值傳遞的準確性和一致性, 還可以進行技術(shù)交流，對檢定方法、數(shù)據(jù)處理及不確定度分析等專業(yè)問題進行探討，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，找出原因，制定糾正措施和預(yù)防措施，提高石油化工行業(yè)計量的綜合實力。

1 傳遞標準及方法

傳遞標準由主導(dǎo)實驗室提供。 比對采用A、B兩組工作用石油密度計，每組兩只，其中一只傳遞，一只備用。石油密度計規(guī)格為800～850 kg/m3，分度值為0.5 kg/m3， 比對測量點為標稱值800、830、850 kg/m3這3 個點。比對開始前及比對過程中，主導(dǎo)實驗室都將對比對樣品測量重復(fù)性和穩(wěn)定性進行考核。

由于石油密度計為玻璃易碎儀器，比對傳遞標準需由參比實驗室派專人到主導(dǎo)實驗室領(lǐng)取并在實驗結(jié)束后派專人送回主導(dǎo)實驗室，不得采取其他傳遞方式。 運輸過程中不能徒手或用尖銳的工具接觸傳遞標準。 傳遞標準上不得放置重物，不能有強烈的沖擊和撞擊。 傳遞標準的交接過程中，各實驗室應(yīng)核查傳遞標準是否有任何損壞、是否正常。 如果在傳送過程中有意外情況發(fā)生， 由主導(dǎo)實驗室按意外情況處理程序進行處理。

2 比對方式選擇

比對由主導(dǎo)實驗室對傳遞標準進行測量和穩(wěn)定性考核，比對地點為各參比實驗室，每個參比實驗室所用傳遞標準由主導(dǎo)實驗室根據(jù)實際使用情況在A、B 兩組中選取一組。比對方式有環(huán)式、星形式和花瓣式，這里采用星形式比對方式，該方式適用于多套傳遞標準同時進行，其比對周期短，即使某一個傳遞標準損壞，也只影響一個實驗室的比對數(shù)據(jù)。 該方式是比對有效性最好的方式［1］，具體如圖1 所示，圖中A～G 代表各參比實驗室。

圖1 星形式比對方式示意圖

首先由主導(dǎo)實驗室將傳遞標準在本實驗室裝置上進行校準，得出校準數(shù)據(jù)后，將傳遞標準傳送到參比實驗室A；由實驗室A 按照規(guī)定的程序在本實驗室的裝置上進行校準，得出校準數(shù)據(jù)后，再將傳遞標準送回到主導(dǎo)實驗室，在主導(dǎo)實驗室進行復(fù)校，以考察傳遞標準經(jīng)過運輸后示值是否發(fā)生變化，若變化在允許范圍內(nèi)，則比對有效，依次傳遞給下一個實驗室。

3 評定實驗方法

依據(jù)標準JJG 42—2011 《工作玻璃浮計》和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，筆者整理出一套完整的計算公式，并用此公式對被檢密度計在800、830、850 kg/m3這3 個校準點進行了測量結(jié)果不確定度修正。

3.1 實驗準備

測量環(huán)境溫度為20 ℃， 比對所用到的工/器具見表1。

表1 比對所用到的工/器具

將二等標準密度計與被檢密度計同時浸入石油產(chǎn)品混合液或酒精水溶液中，直接比較它們的示值，再經(jīng)過計算，從而得到石油密度計的修正值。

3.2 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)文獻［2］可知，被檢密度計修正值Δρ 等于標準密度計修正后示值ρ標（示值加證書修正值，或加溫度、毛細常數(shù)修正值）減去被檢密度計修正后示值ρ被（或加溫度、毛細常數(shù)修正值）［2］，即：

式中 Δρ——被檢密度計的修正值，kg/m3；

ρ標——標準密度計的修正后示值，kg/m3；

ρ被——被檢密度計的修正后示值，kg/m3。

當(dāng)簡單直接測量時，應(yīng)該分析和評定測量時導(dǎo)致測量不確定度的各個分量ui，若相互間不相關(guān)，則合成不確定度按下式計算［3］：

式中 uc——合成不確定度，kg/m3；

ui——不確定度分量，kg/m3。

3.3 標準不確定度分量的評定。

3.3.1 輸入量ρ標的不確定度u（ρ標）的評定

輸入量ρ標的不確定度來源主要有5 部分：標準浮計不準所引入的不確定度分量u1，浮計傾斜引入的不確定度u2，液體毛細常數(shù)變化引入的不確定度u3， 檢定液溫度引入的不確定度u4，示值估讀誤差引入的不確定度u5。 具體如下：

a. 標準密度計不準所引入的不確定度分量u1的評定。

二等密度計使用時需加修正值，其修正值的不確定度很小，可忽略不計。

b.密度計傾斜引入的不確定度u2的評定。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定， 密度計傾斜偏差不得大于0.1 個分度值，最小分度值為0.5 kg/m3，服從投影分布，置信因子k=10/3，u2的計算式如下：

c. 液體毛細常數(shù)變化引入的不確定度u3的評定。

d.檢定液溫度引入的不確定度u4的評定。

e.示值估讀誤差引入的不確定度u5的評定。

示值估讀誤差引入的不確定度u5在密度計的0.2 個分度值以下，其修正值的不確定度很小，可忽略不計。

根據(jù)式（2），輸入量ρ標的合成標準不確定度計算如下：

3.3.2 重復(fù)性引入的不確定度u6的評定

在800、830、850 kg/m3這3 個校準點分別測量10 次，得出修正值見表2。

校準點1 2 3 4 5 800 kg/m3 830 kg/m3 850 kg/m3+0.15+0.20+0.05+0.20+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15 6 7 8 9+0.05 0.00 0.00+0.20 +0.15 +0.00+0.20 +0.05 +0.05+0.15+0.15+0.05+0.10+0.15+0.15+0.05+0.20+0.05 10 0.00+0.15+0.05

3.3.3 輸入量ρ被的不確定度u（ρ被）的評定

輸入量ρ被的不確定度來源主要有： 檢定液溫度引入的不確定度u7，密度計傾斜引入的不確定度u8， 液體毛細常數(shù)變化引入的不確定度u9。具體如下：

a.檢定液溫度引入的不確定度u7的評定。

c. 液體毛細常數(shù)變化引入的不確定度u9的評定。

3.3.4 修約引入的不確定度u10

修正值結(jié)果修約到0.05 kg/m3， 其區(qū)間半寬為0.025 kg/m3，服從均勻分布：2×0.056=0.112 kg/m3；830 kg/m3時，U=2×0.065=0.13 kg/m3；850 kg/m3時，U=2×0.065=0.13 kg/m3。

3.4 合成標準不確定度的評定

4 結(jié)束語

石油密度計的不確定度評定比對是一個復(fù)雜的操作過程，比對時既要嚴謹操作保證測量值的客觀性，還要通過大量的計算才能得出最終修正值。 通過石油密度計的不確定度評定比對工作， 提升了工作人員的理論水平和操作能力，促進了石油密度計的測量結(jié)果修正值不確定度評定的規(guī)范化與科學(xué)化。