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      雷達液位計示值誤差不確定度評定

      發布:2022/4/22 11:05:48人氣:590
      1.概述
      雷達液位計是一種應用數字樹立技術的新型液位測量儀表,其原理是向測量液面發射電磁波,通過接收反射波,并把它與反射波作頻率或時間差的數字處理,確定目標的存在和它到發射源的距離,具有與介質基本不接觸,無可動部件、工作可靠、故障率低、適應范圍廣等特點。
      雷達液位計發射出的電磁波經被測對象表面反射后再被接收,電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比,關系式如下:
      D=CT/2
      式中:D一雷達液位計到液面的距離;
      C一光速;
      T一電磁波運行時間。
      雷達液位計工作時記錄脈沖波經歷的時間,而電磁波的傳輸速度為常數,即可算出液面到雷達天線的距離,從而得到當前液面的液位。
       
      2.測量模型
      在實驗室對雷達液位計進行計量檢定時,將被檢液位計固定在雷達液位計檢定裝置上,調整液位計的位置確定零點。檢定時,檢定裝置中的電機牽引標準遮擋板移動,裝置中的激光測距儀顯示當前標準板的位置,待遮擋板到達各檢定點時關閉電機,測量此時雷達液位計的輸出電流值,待所有檢定點比較完畢后,取整個測量過程中示值誤差ZUI大值作為該液位計的示值誤差。檢定過程如下圖1所示。
      雷達液位計是一種可以將測得的液位變量轉換為可傳送的統一信號的儀表,而且其輸出信號與變量之間有一定的函數關系,通常為線性函數。統一輸出的信號以電流信號為主,尤其以4mA~20mA zui為普遍。雷達液位計測量誤差的測量模型為:
      式中:△I一液位計的輸出誤差,mA;
      I一液位計的輸出電流值,mA;
      Im一液位計的輸出量程,mA;
      L一液位計輸入距離值,mm;
      Lm一液位計輸入量程,mm;
      I0一液位計輸入量程,mA。
      輸入距離值對液位計輸出誤差的靈敏系數為:
      C=δ△l/△L=-Im/Lm
      輸出電流對液位計輸出誤差的靈敏系數為:
      C=δ△l/△lm=1
       
      3.不確定度來源
      以測量范圍為(0~2000)mm的雷達液位計為例,其準確度等級為0.25級,輸出電流為(4~20)mA。測量時用標準液位計檢定裝置和直流電流表作為標準器,測量在實驗室進行,因此不確定度來源有:
      3.1標準液位計檢定裝置
      標準液位計檢定裝置使用激光測距儀作為主標準器,該標準器經過天津市計量院校準,其擴展不確定度為a1=0.1mm,k=2,因此帶來的標準不確定度分量為:
      u(x1)=0.1/2=0.05mm
      3.2直流電流表
      直流電流表的ZUI大允許誤差為±((0.02%讀數+
      2μA),u(x2)=6μA。
      3.3測量重復性
      對液位計進行三個循環的測量,再輸入相同的距離值條件下,輸出電流不盡相同,取平均值為測量結果。則標準不確定度(A類)可以用實驗標準偏差來評估。按照規程要求,測量點應不少于5個,每個測量點均有6個讀數,由此算出實驗標準偏差,取ZUI大的。本例中s=2μA,u(x3)=s/√=0.82μA將不確定度來源分類列表如下表1所示:
      3.4合成不確定度
      由于各不確定度分量各不相關,則合成不確定度(y)為:
      取k=2,則擴展不確定度為U=kuc=7.2μA
       
      4.結論
      JJG971-2002《液位計檢定規程》中對檢定用標準及配套設備提出了要求,其擴展不確定度應小于被檢液位計ZUI大允許誤差絕對值的1/4~1/5。達到這一要求即符合了JJF1059.1-2012中的要求:“在實際工作中,尤其是在法制計量領域中,被測量通過與相應的測量標準相比較獲得其估計值。對于測量所要求的準確度來說,測量標準的不確定度及比較過程導致的不確定度,通??梢院雎圆挥?。”在本例中,被檢液位計的允許誤差為
      ±0.040mA,而計算得到的擴展不確定度為7.2μA,符合上述要求。
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