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Research on Calibration Method of New Air Sampler and Uncertainty Evaluation
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摘要: 大气采样器是开展环境监测工作的重要计量器具，近年来，流量直读类大气采样器应用越来越广泛。JJG956-2013《大气采样器》计量检定规程只针对标准器为皂膜式流量计，对被测表为转子流量计的大气采样器，流量直读类大气采样器并不适用。经研究发现，层流差压式质量流量计相比皂膜式流量计的优点更加突出，不但可以提高工作效率，而且可以实现自动检测甚至远程检测。本文对层流差压式质量流量计校准流量直读类大气采样器的方法进行了研究，得到此方法校准的工况流量和相对示值误差的数学模型，并对示值误差不确定度进行了详细的分析，相应给出了评定的实例，证明了该方法校准直读类大气采样器的可行性。
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关键词:
- 大气采样器 /
- 校准 /
- 相对示值误差计算 /
- 不确定度 /
- 层流差压式质量流量计
Abstract: Air sampler is an important measuring instrument for environmental monitoring. With the rapid development of environmental protection industry, the direct-reading air sampler has been widely used.The current verification regulation JJG 956 "Air sampler" is only applicable when the standard apparatus is soap film flowmeter, whereas it is not applicable to the air sampler whose meter is a rotameter or the flow direct-reading type air sampler. Meanwhile, the corresponding standard meters are also developing rapidly and more results showed that the laminar differential pressure mass flowmeter has more advantages than the soap film flowmeter in the regulation. It can not only improve calibration efficiency, but also realize automatic calibration or even remote calibration. In this paper, the laminar flow differential pressure mass flowmeter calibration method of flow direct-reading type of air sampler was studied. The mathematical model of flow rate and relative indication error used in the calibration condition was proposed, and the uncertainty of indication error was also analyzed in detail. In addition, the evaluation example was given to prove the feasibility of the method of calibration of direct-reading type of air sampler. -
表 1 不同方法公式对照表
Table 1. Comparison table of different formulas
项目 规程中的方法 新方法 标准器类型 电子皂膜式流量计 层流差压式流量计 被校大气采样器类型 转子流量计类 流量直读类 流量计算公式 ${Q_{ {\rm{smN} } } } = {Q_{\rm{s} } } \cdot \dfrac{ { {p_{\rm{s} } } }}{ { {T_{\rm{s} } } }} \cdot \sqrt {\dfrac{ { {T_{\rm{N} } }{T_{\rm{m} } } }}{ { {p_{\rm{N} } }{p_{\rm{m} } } } } }$ ${Q_{ {\rm{sm} } } } = {Q_{\rm{s} } } \cdot \dfrac{ { {p_{\rm{s} } } }}{ { {p_{\rm{m} } } }} \cdot \dfrac{ { {T_{\rm{m} } } }}{ { {T_{\rm{s} } } }}$ 相对示值误差公式 $E = \dfrac{ { {Q_{ {\rm{mN} } } } } }{ { {Q_{\rm{s} } } }} \cdot \dfrac{ { {T_{\rm{s} } } }}{ { {p_{\rm{s} } } }} \cdot \sqrt {\dfrac{ { {p_{\rm{N} } } \cdot {p_{\rm{m} } } }}{ { {T_{\rm{N} } } \cdot {T_{\rm{m} } } } } } - 1$ $E = \dfrac{ { {Q_{\rm{m} } } }}{ { {Q_{\rm{s} } } }} \cdot \dfrac{ { {p_{\rm{m} } } }}{ { {p_{\rm{s} } } }} \cdot \dfrac{ { {T_{\rm{s} } } }}{ { {T_{\rm{m} } } }} - 1$ 
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表 2 校准实验选用仪器设备情况
Table 2. Selection of instruments and equipment for calibration experiments
仪器名称 型号 用途 技术参数 层流差压式质量流量计 20 W 标准表 Urel=1.05%（k=2） 大气采样器 C1500 被校表 直读型 温度计 608-H1 测环境温度 Urel=0.2 ℃（k=2） 数字压力计 MT210 测环境压力 满量程为130 kPa 数字压力计 ConST211 测管路压力 满量程为10 kPa
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表 3 流量重复性标准不确定度测量结果
Table 3. Measurement results of the standard uncertainty of flow repeatability
平均值L/min 实验标准差 Sr % 标准不确定度u (Sr) % 0.915 0.20 0.08
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表 4 标准流量引入的不确定度分量ur(Qsm)一览表
Table 4. List of uncertainty components ur(Qsm) introduced by standard flow
序号 符号 来源 标准不确定
度u (Xi)灵敏系
数cr (xi)$\left| {{c_{\rm{r}}}({x_i})} \right| \cdot {u_{\rm{r}}}({x_i})$ 1 ${u_{\rm{r}}}({Q_{\rm{s}}})$ 上级标准
工况流量0.53% 1 0.53% 2 ${u_{\rm{r}}}(T)$ 标准表与被
校表温差0.10% 1 0.10% 3 ${u_{\rm{r}}}({p_{\rm{s}}})$ 标准表处
压力测量0.004% 1 0.004%（忽略） 4 ${u_{\rm{r}}}({p_{\rm{m}}})$ 被校表处
压力测量0.008% −1 0.008%（忽略）
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表 5 总不确定度一览表
Table 5. List of the source of measurement uncertainty
序号 符号 来源 标准不确定度u (Xi) 灵敏系数cr (xi) $\left| {{c_{\rm{r}}}({x_i})} \right| \cdot {u_{\rm{r}}}({x_i})$ 1 $u({S_{\rm{r}}})$ 重复性 0.08% 1 0.08% 2 ${u_{\rm{r}}}({Q_{\rm{y}}})$ 被校表
分辨力0.032% 1 0.032% 3 ${u_{\rm{r}}}({Q_{{\rm{sm}}}})$ 标准流量 0.54% −1 0.54%
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图(3) / 表(5)
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