井下流量計(jì)示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

1 前言

測(cè)量不確定度的評(píng)定方法在全球的廣泛應(yīng)用，乃是科技的交流和國(guó)際貿(mào)易的迫切需要，它使各國(guó)進(jìn)行的測(cè)量及所得到的結(jié)果可以進(jìn)行互相比較，取得共識(shí)。為了與國(guó)際接軌，原國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局出臺(tái)了《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》計(jì)量技術(shù)規(guī)范（JJF1059—1999）等文件。

為了提高實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)水平，更好的學(xué)習(xí)和理解測(cè)量不確定度評(píng)定的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室國(guó)家計(jì)量認(rèn)證工作，建立合理的不確定度評(píng)定程序，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度有所探討，這里檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中心以多相流實(shí)驗(yàn)室模擬井標(biāo)準(zhǔn)裝置為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)井下流量計(jì)示值測(cè)量結(jié)果的不確定進(jìn)行分析，愿與測(cè)試領(lǐng)域的同行們展開討論。

2 檢定方法

圖1 地面控制、采集系統(tǒng)流程圖

根據(jù)《井下流量計(jì)及檢定裝置》JJG（石油）11-2000檢定規(guī)程，該裝置是作為流量傳遞標(biāo)準(zhǔn)，檢定井下流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。地面控制、采集系統(tǒng)流程如圖1所示，用被檢流量計(jì)在各檢定點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)器比較，逐點(diǎn)采集被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)器的示值，被檢流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)器示值之差為被檢井下流量計(jì)的示值誤差。示值誤差關(guān)系如下：

（1）

式中：δ—示值誤差；

qy——被測(cè)流量計(jì)在各點(diǎn)上的示值，m3/d；

qb——多相流實(shí)驗(yàn)室模擬井標(biāo)準(zhǔn)流量裝置示值，m3/d。

3　檢定條件

3.1　檢定依據(jù)

JJG（石油）11-2000《井下流量計(jì)及檢定裝置》。

3.2　環(huán)境條件

各次檢定水溫的最大差別不應(yīng)超過(guò)2℃。

3.3　檢定標(biāo)準(zhǔn)

多相流實(shí)驗(yàn)室模擬井標(biāo)準(zhǔn)流量裝置。

3.4　檢定對(duì)象

被檢井下流量計(jì)量程為（2～40）m3/d儀器編號(hào)E020。

4 數(shù)學(xué)模型

由公式（1）可知，井下流量計(jì)的示值數(shù)學(xué)模型為：

（2）

其中靈敏系數(shù)

可得：

式中：u（qb）——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)不確定度；
u（δ）——示值誤差標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5 不確定度的來(lái)源

（1）根據(jù)數(shù)學(xué)模型分析不確定來(lái)源，可以認(rèn)為井下流量計(jì)示值不確定度由以下不確定度分量引入：
（2）標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)引入不確定度分量引入u（qb）；
（3）示值誤差引入的不確定度分量u（δ）、重復(fù)性測(cè)量引入不確定度分量u（qi）
（4）為了保證不遺漏、不重復(fù)，我們也可以從設(shè)備、方法、人員、環(huán)境和被測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面驗(yàn)證：

①設(shè)備方面，標(biāo)準(zhǔn)器與井下流量計(jì)引入的不確定度分量為u（qb），已經(jīng)考慮；

②測(cè)量是在規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行的，溫度、濕度等影響可忽略；

③人員操作和被檢儀器的隨機(jī)變化體現(xiàn)在檢定測(cè)量的重復(fù)性中，也就是u（qi）已經(jīng)考慮。

這樣，井下流量計(jì)示值測(cè)量不確定度主要是由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度、重復(fù)性引入的不確定度構(gòu)成。

6 確定不確定度分量及自由度

6.1 標(biāo)準(zhǔn)流量裝置引入的不確定度分量u（qb）

由檢定證書得知，標(biāo)準(zhǔn)流量裝置的擴(kuò)展不確定度為0.05%，此為極限誤差，按正態(tài)分布考慮，包含因子k=3，按B類方法評(píng)定，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

其值可靠，自由度

6.2 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u（qi）

檢定過(guò)程中共取7個(gè)流量點(diǎn)數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)記錄三次，求出各點(diǎn)的平均值，得出示值誤差見表1。

測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

自由度v1=7-1=6

7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

上述各不確定度分量獨(dú)立不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

不確定分析見表2。

8 擴(kuò)展不確定度的確定

有效自由度計(jì)算：

取置信概率p=95%，有效自由度veff=10
查t分布表，得kp=2.22

則擴(kuò)展不確定度：

9 不確定度報(bào)告

本次井下流量計(jì)示值測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定：

根據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定，井下流量計(jì)準(zhǔn)確度為5%，滿量程為40m3/d，最大允許誤差為2m3/d，經(jīng)過(guò)流量計(jì)進(jìn)行不確定度評(píng)定，其擴(kuò)展不確定度為

小于最大誤差1/3，故規(guī)程的有關(guān)規(guī)定和檢定方法是科學(xué)、合理的，能滿足檢定井下流量計(jì)需要。

10　結(jié)束語(yǔ)

多相流實(shí)驗(yàn)室是為了滿足油田三次采油注采剖面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要而建立的，為注產(chǎn)剖面測(cè)井檢測(cè)技術(shù)研究、儀器及檢定等提供基礎(chǔ)設(shè)施。為使量值可靠，從檢定方法入手，建立數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析影響結(jié)果的不確定度來(lái)源，對(duì)井下流量計(jì)示值測(cè)量不確定評(píng)定，為測(cè)井儀器檢定、科研實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)有力的保證。