超声波流量计在测定废水中流量的不确定度评定

1简介在下水道许可制度和总量控制中，污染物浓度和污水排放是计算污染物排放总量的两个主要监控指标，为了能够准确计算总量控制指标和正确评估污染物排放，必须确保污染物浓度在线监控设备和排放流在线监控设备的准确可靠性。化工企业矩形堰利用超声波流量计测量废水中流量监测结果的不确定性，多年现场监测经验。2测量设备废水流量测量使用高精度、重复性和灵敏度高的便携式超声波流量计，易于安装和维护。本文档使用SonTek FlowTracker便携式ADV(美国分流器仪器公司)。3测量方法选择企业废水排放口，矩形堰截面中的三条速度垂直线。由于水深小于1 m，因此每条垂直线测试一个点，该点是水深的0.5倍。实际流速是根据面积s和速度v计算的。q=v s，s=d h。其中D是矩形堰宽度，h是液面高度，因此q=v d.h. D由测量值为1 mm的钢卷尺重复9次，测量液面垂直的宽度，h由测量杆标尺测量9次水深，v由超声波速度计直接获得。测量数据见表1。4评估不确定性4.1不确定性的分类不确定性主要有两类:a类不确定性和b类不确定性。a类不确定性主要是使用对观测列的统计分析来评估标准不确定性，这些观测列用于评估由测量引起的随机错误。b类不确定性主要是以与观测列的统计分析不同的方式评估标准不确定性，观测列用于评估由测量设备的显示或校准引入的错误。

4.2不确定性的原因和分析

根据分析测量方法，影响流q测量不确定性的因素是:睡眠宽度d、液位高度h、流速v的测量迭代性引起的不确定性，以及钢带、负载标尺分辨率引起的不确定性。4.3不确定度评定

4.3.1宽度测量引进的标准不确定度评定

因为是迭代测量，所以使用a类评估方法来评估测量结果的不确定性。测量次数为9次，最好采用极差法。U1(d)=RCn√u1(d)=RCn，样式中r表示宽度测量*大值与*小值之间的差值，c表示极差系数，C9=2.97，u 1(d)=2 . 42 . 979 ~ 3=0 . 27 c 9=2 . 97，u1 (d)=2.42.979=0.27mm，自由度VD为6.8。

按钢带分辨率引入的标准不确定度U2 (d)估计按矩形均匀分布，如果k=3∠k=3，则由钢带分辨率引入的相对标准不确定性u 2(d)=123 ~ 3=0 . 29 u 2(d)=123=0 . 29mm，经验表明b类的不确定自由度为u [u (Xi)] u [u (Xi)] u (Xi)为25%，表v 1为8。

标准不确定性u(d)=[u 1(d)2 u 2(d)2]8773=(0 . 272 0 . 292)=[u 1(d)2 u 2(d)2]=0 . 40mm。

因此，由宽度引起的流量标准不确定度分量为ud=873∠qd√u(d)=0 . 07m 3/hud=| qd | u(d)=0 . 07m 3/h。

4.3.2水深测量引进的标准不确定度评定

水深已测量9次，并采用了极差法。由于水深测量的迭代性，标准不确定性u 1(h)=2 . 02 . 979 ~ 3=0 . 22 u 1(h)=2 . 02 . 979=0 . 22mm，自由度VH为6.8。

使用分辨率为1 mm的测量杆标尺测量水深，标准不确定u 2(h)=123 ~ 39 u 2(h)=123=0 . 29mm测量，b类不确定的自由度估计为u[u(Xi)]u(Xi)u[u(Xi)]u(Xi)为25%，表v 2为8。

标准不确定性u(h)=[u 1(h)2 u 2(h)2]8773=(0 . 222 0 . 292)=[u 1(h)2 u 2(h)2]=0 . 36mm。

由水深测量引起的流量标准不确定度分量为uh=√qh√u(h)=0 . 02m 3/huh=| qh | u(h)=0 . 02m 3/h。4.3.3流量测量引入的标准不确定度评定

因为是迭代测量，所以使用a类评估方法来评估测量结果的不确定性。测量次数为9次，采用极差法。

u 1(v)=rcn∠u 1(v)=0 . 0212 . 979 ~ 30=0 . 0024m/su 1(v)=rcn，u1 (v)=0.0212.979=0.0024m/s，自由度vv为6.8。

由于速度计的分辨率为0.00010m/s，因此速度计引入的标准不确定性u 2(v)=0 . 00023∠0 . 29×104m/su 2(v)=0 . 00023=0 . 29×10-4m/s对流量测量的影响非常小，因此可以忽略由速度计分辨率引起的标准不确定性。

由于流速测量而产生的流量标准不确定度分量为uv=873∠qv(v)=0 . 52m 3/huv=| qv | u(v)=0 . 52m 3/h。

4.4合成标准不确定度和扩展不确定度

由于不确定性，ud、uh和uv彼此独立，流的合成标准不确定性uq=(u 2d u 2h u 2V)=(0 . 072 0 . 022 0 . 522)</0 . 52m 3/huq=(ud 2 uh 2 uv 2)=(0 . 072 0 . 022 0 . 52m 3/h，V=uq 4‐5 I=1 ui 4 VIV=uq 4-I

5个测量单位

(1)以合成标准不确定性评估流量测量不确定性的结果为:

Q=25.18 m3/h，uq=0.52 m3/h，自由度v=25。

(2)以扩展不确定性评估流量测量的不确定性的结果为:

Q=(25.18 1.07) m3/h，p=95%，v=25。