本發(fā)明涉及計量，具體地說涉及一種保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)及評定方法。

背景技術：

1、保壓儀是工程試驗中專用精密儀表，在管道工程驗收試驗中，它能精準測量管道可承受的壓力強度，判斷管道是否存在微小泄漏，確保管道在設計壓力工況下的安全運行。然而，保壓儀在測量過程中存在多種因素導致測量結果具有不確定性，這些不確定因素相互交織，使得壓力測量結果與真實值之間存在偏差。在實際應用中，若不能準確評估保壓儀測量不確定度，可能對管道工程驗收產(chǎn)生誤判。

2、在現(xiàn)有技術中，保壓儀的測量不確定度評估多依賴傳統(tǒng)方法，不僅操作過程繁瑣且精度有限，甚至在一些復雜工況下，傳統(tǒng)評估方式難以全面考量各種因素對測量結果的影響，導致評估結果與實際偏差較大。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種更易實現(xiàn)、精準度更高的保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)及評定方法，可至少解決上述技術問題之一。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)，包括保壓儀，還包括儲能容器、測試開關閥、環(huán)境試驗箱、高壓氣源單元和冷卻水源單元，所述儲能容器經(jīng)所述測試開關閥接入至所述保壓儀，所述保壓儀置于所述環(huán)境試驗箱內；

4、所述高壓氣源單元包括氣源端、泄壓端、氣源總閥、減壓閥、壓力比例閥、泄壓開關閥和壓力傳感器，所述氣源總閥、所述減壓閥、所述壓力比例閥經(jīng)所述氣源端依次接入至所述儲能容器，所述泄壓開關閥連接于所述泄壓端與所述儲能容器之間，所述壓力傳感器安裝在所述儲能容器上，所述氣源端、所述泄壓端及所述儲能容器之間形成氣壓控制回路；

5、所述冷卻水源單元包括冷卻水端、回收水端、冷卻水比例閥、溫度傳感器和加熱器，所述冷卻水比例閥經(jīng)所述冷卻水端接入至所述儲能容器，所述溫度傳感器與所述加熱器均安裝在所述儲能容器上，所述回收水端接入至所述儲能容器，所述冷卻水端、所述回收水端及所述儲能容器之間形成溫度控制回路。

6、進一步地，所述氣壓控制回路中，所述氣源端連接至所述儲能容器的進氣口，用于向所述儲能容器輸入高壓氣源，所述泄壓端連接至所述儲能容器的出氣口，用于排放所述儲能容器內的廢氣。

7、進一步地，所述溫度控制回路中，所述冷卻水端連接至所述儲能容器的進水口，用于向所述儲能容器輸入冷卻水，所述回收水端連接至所述儲能容器的出水口，用于排放所述儲能容器內的回收廢水。

8、進一步地，還包括控制單元，所述控制單元接入所述氣壓控制回路及所述溫度控制回路，并與所述壓力比例閥、所述冷卻水比例閥、所述溫度傳感器和所述壓力傳感器連接，所述控制單元用于獲取所述溫度傳感器/壓力傳感器的實時測量值，判斷當前溫度/氣壓與閾值之間的差值，并基于pid算法調控所述冷卻水比例閥/壓力比例閥的開度。

9、進一步地，所述環(huán)境試驗箱內設置有環(huán)境參數(shù)調控模塊，所述環(huán)境參數(shù)調控模塊與所述控制單元建立通信連接，用于接收指令或反饋信號，以調節(jié)所述環(huán)境試驗箱內的氣壓、溫度及濕度。

10、一種保壓儀測量不確定度的評定方法，采用所述保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)實現(xiàn)，包括以下步驟：

11、s1、基于保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)進行管道壓力檢測，建立修正壓力降測量數(shù)學模型；

12、s2、基于保壓儀測量不確定度的測量系統(tǒng)進行多次測試，獲得多組測量數(shù)據(jù)，觀察測量數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，確定隨機變量和概率分布；

13、s3、基于蒙特卡洛算法確定試驗次數(shù)，進而確定輸入至修正壓力降測量數(shù)學模型的樣本值數(shù)量；

14、s4、基于概率分布抽樣獲得對應數(shù)量的輸入量，代入修正壓力降測量數(shù)學模型中，獲得對應數(shù)量的輸出量，計算獲得不確定度。

15、進一步地，所述s1中，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

16、pv＝nrt

17、其中，p為天然氣管道壓力，單位為pa，v為天然氣管道容積，單位為m3，t為天然氣溫度，單位為k，n為氣體的物質的量，單位為摩爾，r為摩爾氣體常數(shù)，r＝8.314pa*m3*mol-1*k-1；

18、對于同一管道且管道不泄露，不同溫度環(huán)境下應該符合下式：

19、

20、其中，p1和p2分別為天然氣溫度改變前后的管道壓力，t1和t2分別為改變前后的天然氣溫度；

21、同時由于p1＝h1+b1，p2＝h2+b2，故得到修正壓力降測量數(shù)學模型為：

22、

23、其中，h1和h2分別為天然氣溫度改變前后的壓力計讀數(shù)，單位為pa，b1和b2分別為天然氣溫度改變前后的大氣壓計讀數(shù)，單位為pa，t1和t2分別為天然氣溫度改變前后的管道內介質溫度，單位為k。

24、進一步地，所述s2中進一步包括：

25、s21、在測試前，先關閉測試開關閥，并打開氣源總閥，高壓氣源由氣源端沿試驗管道通過減壓閥，儲能容器內的氣源由高壓狀態(tài)下降至相對穩(wěn)定的低壓狀態(tài)，控制單元讀取壓力傳感器的實時測量值，判斷當前氣壓值與設定閾值之間的差值，并利用pid算法調控壓力比例閥的開度，所述壓力比例閥與泄壓開關閥協(xié)同工作，直至所述儲能容器內的氣壓值達到設定閾值，則關閉所述氣源總閥；

26、s22、所述控制單元讀取溫度傳感器的實時測量值，判斷當前溫度值與設定閾值之間的差值，并利用pid算法調控冷卻水比例閥的開度，所述冷卻水比例閥與加熱器協(xié)同工作，直至所述儲能容器內的溫度值達到設定閾值；

27、s23、所述控制單元調控環(huán)境參數(shù)調控模塊，直至環(huán)境試驗箱內達到恒定大氣壓、恒定溫度及恒定濕度的環(huán)境條件；

28、s24、打開所述測試開關閥，待所述壓力傳感器及所述溫度傳感器測得所述儲能容器內氣壓值及溫度值穩(wěn)定后，保壓儀以某一采樣頻率及某一采集時間進行數(shù)據(jù)采集并記錄；

29、s25、觀察采集所得的測量數(shù)據(jù)的分布規(guī)律是否符合中間高、兩邊低且左右對稱的正態(tài)分布，正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為：

30、

31、其中，u是均值，σ是標準差。

32、進一步地，所述s3中，蒙特卡洛算法估算試驗次數(shù)的公式為：

33、

34、其中，m為試驗次數(shù)，z為與置信水平相關的標準正態(tài)分布的分位數(shù)，σ為所研究變量或統(tǒng)計量的標準差，ε為允許的誤差范圍。

35、進一步地，所述s4進一步包括：

36、s41、根據(jù)測量數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)以及matlab隨機發(fā)生器產(chǎn)生m個保壓儀溫度改變前的壓力測量隨機數(shù)值h11、h12...h1m，同理分別得出其余變量得m個隨機數(shù)值，將所有變量的m個隨機數(shù)值代入至修正壓力降測量數(shù)學模型中，得到：

37、

38、其中，k＝1、2...m；

39、s42、將獲得的多個樣本值yk按照遞增的順序進行排列，即為y的m個樣本值y1、y2...yk；

40、s43、計算結果：

41、輸出量y的平均值為：

42、

43、輸出量y的標準不確定度u(y)為：

44、

45、輸出量y的包含區(qū)間為：

46、[y(1-p)m/2,y(1+p)m/2]

47、其中，(1-p)m/2表示包含區(qū)間的下限點，(1+p)m/2表示包含區(qū)間的上限點；

48、輸出量y的擴展不確定度uy為：

49、

50、對應的包含因子為：

51、k＝u(y)/u(y)。

52、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

53、本發(fā)明提供的新的不確定度測量系統(tǒng)及評定方法基于更簡單、更易于實現(xiàn)的試驗設備，以及更科學、更合理的理論和模型，能夠為不同的檢測儀表或不同實驗室的測量結果提供統(tǒng)一的評定標準和規(guī)范，使得在相同或相似條件下進行的測量，其結果具有更好的可比性，便于進行數(shù)據(jù)交流、共享和整合，有助于提高精準度。