DB22T 2594-2016 燃油气工业锅炉热工测试不确定度评定导则.pdf

ICS 27.060.30 J 98 DB22 吉林省地方标准 DB 22/T 25942016 燃油气工业锅炉热工测试不确定度评定导则 Guide to the evaluation of uncertainty in thermal testing for oil-fired and gas-fired industrial boiler 2016-12-19 发布 2017-04-01 实施吉林省质量技术监督局 发 布 DB22/T 25942016 I 目 次 前言.III1 范围.12 规范性引用文件.13 术语、定义和符号.13.1 术语和定义.13.2 符号.24 测量不确定度的评定方法.44.1 基本要求.44.2 不确定度的分析原则.44.3 参数变化特性的模型.44.4 不确定度计算及其传递计算方法概述.55 试验前的不确定度分析.75.1 试验前不确定度分析目的.75.2 试验前不确定度分析方法.76 标准不确定度的 A 类评定.76.1 基本说明.76.2 单个参数的实验标准偏差.76.3 中间结果的 A 类标准不确定度和自由度.96.4 试验结果的 A 类标准不确定度和自由度.97 标准不确定度的 B 类评定.117.1 仪表的 B 类标准不确定度.117.2 空间不均匀参数不确定度的 B 类评定.137.3 B 类标准不确定度的组合评定.147.4 B 类标准不确定度的自由度.147.5 试验结果的标准不确定度 B 类评定.148 合成标准不确定度的计算.149 扩展不确定度的确定.15附录 A（资料性附录）温度不确定度的评定方法举例.16附录 B（资料性附录）流量不确定度的评定方法举例.18附录 C（资料性附录）燃料性质不确定度的评定方法举例.19附录 D（资料性附录）其他项目不确定度的评定方法举例.21参考文献.22 DB22/T 25942016 II 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。本标准由吉林省特种设备安全与节能促进会提出。本标准由吉林省质量技术监督局归口。本标准起草单位：吉林省特种设备安全与节能促进会 本标准主要起草人：韩乐、裴建国、贺亮、靳平、高丽卓、杨磊、王旭DB22/T 25942016 1 燃油气工业锅炉热工测试不确定度评定导则 1 范围 本标准规定了燃油气锅炉热工性能试验结果不确定度评定的测量不确定度评定方法、试验前的不确定度分析方法、标准不确定度A类评定、标准不确定度B类评定、合成不确定度的计算、扩展不确定度的确定。本标准适用于排烟中无冷凝现象的燃油气工业锅炉。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 10180 锅炉热工性能试验规程 JJF 1059.1 测量不确定度评定与表示 3 术语、定义和符号 3.1 术语和定义 JJF 1059.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用以下重复列出了JJF 1059.1中的一些术语和定义。3.1.1 误差 error 测得的量值减去参考量值。JJF 1059.1-2012，术语 3.11 3.1.2 置信度 confidence level 指观测（测量）值中与真值的差值不大于不确定度的观测值的百分数。注：某一典型的95%的置信度，意味着95%的测量值在真值加上或减去不确定度的区间范围内。因为不确定度只是一个估计的误差极限，所以置信度的概念在不确定度分析中是很必要的。3.1.3 实验标准偏差 experimental standard deviation 对同一被测量进行n次测量，表征测量结果分散的量。3.1.4 不确定度 uncertainty 对某一给定置信度，某一测量值或结果的估计误差限。注：误差和不确定度在很多方面是相近的，当将一个数赋给误差时，即为不确定度；不确定度定义了一个区间，真值以一定的概率处于该区间内；DB22/T 25942016 2 3.1.5 标准不确定度 standard uncertainty 以标准偏差表示的测量不确定度 3.1.6 测量不确定度的A类评定 type A evaluation of measurement uncertainty 简称A类评定。对在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定。注：也可以理解为随机误差的数值估计。通常由一组试验数据的平均值的实验标准偏差来量化。3.1.7 测量不确定度的B类评定 type B evaluation of measurement uncertainty 简称B类评定。用不同于测量不确定度A类评定的方法对测量不确定度分量进行的评定。注：也可以理解为系统误差的数值估计，在采用规定仪表系统和数据整理与计算方法的任何试验中其本质上是固定值。3.1.8 合成标准不确定度 combined standard uncertainty 全称合成标准测量不确定度。由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。注：也可以理解为试验不确定度，包括随机不确定度和系统不确定度。在测量模型中各输入量相关的情况下，当计算合成标准不确定度时必须考虑协方差。3.1.9 扩展不确定度 expanded uncertainty 合成标准不确定度与一个大于1的数字因子的乘积。3.1.10 包含因子 coverage factor 为获得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘的大于1的数。3.1.11 测量模型 measurement model 测量中涉及的所有已知量的数学关系。3.1.12 仪器的测量不确定度 measurement uncertainty of instruments 由所有测量仪器或测量系统引起的测量不确定度的分量。注1：仪器的不确定度通过对测量仪器或测量系统校准得到。注2：仪器的不确定度按 B 类不确定度评定。3.1.13 自由度 degrees of freedom 在方差的计算中，和的项数减去对和的限制数。3.2 符号 本标准采用的符号一览表见表1，下角标说明见表2。DB22/T 25942016 3 表1 符号一览表 符 号 说 明 A 横截面积，A类不确定度 0,na a 多项式系数 a 区间半宽 B B类不确定度 C 常数，极差系数 c 灵敏系数 e A类标准不确定度或B类标准不确定度()f 数学函数 k 包含因子 M 独立被测量的数目 m 网格点数或不同测量位置的点数 N 测量次数或点数 n 计算标准偏差所用的数据点个数 2O 氧气浓度 R 结果（例如，效率、输出等）aR 极差 S 标准偏差 T 绝对温度 t t分布，摄氏温度 U 扩展不确定度 u 标准不确定度，任一参数 v 任一参数 x 任一参数 y 任一参数 z 任一参数()()的微小变化 自由度 时间 表2 角标说明 角 标 说 明 A A类不确定度 B B类不确定度 c 合成 FW 加权平均值 i 求和指数，某特定点 DB22/T 25942016 4 表2（续）角 标 说 明 k 求和指数，某特定点 UW 未加权平均值 x 样本 x 算术平均值 4 测量不确定度的评定方法 4.1 基本要求 本标准测量不确定度的评定流程按照JJF1059.1要求进行评定。4.2 不确定度的分析原则 测量误差包括系统误差和随机误差两种误差。A类不确定度与时间的变化有关，B类不确定度不随时间变化。本标准将空间变化性作为B类不确定度的潜在来源。4.3 参数变化特性的模型 4.3.1 锅炉性能试验过程中烟气温度和成分等参数随空间和时间变化，来自于物理过程而不是试验误差。4.3.2 参数不随时间和/或空间变化为定值模型，见图 1，参数随时间、空间或二者连续变化为连续变量模型见图 2。图1 定值模型 DB22/T 25942016 5 图2 连续变量模型 4.3.3 定值模型的平均值：a)算术平均值 定值模型的算术平均值计算按式（1）计算：11NiixxN=.(1)式中：x算术平均值；N参数的数量；ix某一参数。b)算术平均值的总体偏差 定值模型的算术平均值的实验标准差按式（2）计算：()1 2211 211NiixxxNsN=.(2)式中：xs样本平均值的实验标准偏差。4.3.4 连续变量模型的平均值：c)时间变化 对时间变化来说，其平均值按式（3）计算：01yydt=.(3)式中：DB22/T 25942016 6 y积分平均值；时间；y任一参数；t学生分布；d)空间变化 对空间变化来说，其平均值按式（4）计算：01AyydtA=.(4)式中：A空间。4.4 不确定度计算及其传递计算方法 4.4.1 A 类标准不确定度评定方法 当参数为相关时，在灵敏系数中应考虑该相关性，本标准尽可能的消除参数的相关性。锅炉热工性能试验中，置信因子取2可以用作绝大多数情况的t分布。4.4.2 B 类标准不确定度评定方法 B类不确定度估计的推荐方法是估计具有95%置信度的数值。有时在性能试验中需要采用基于估计值而不是实际测量值的“数据”。本标准中，估计参数的不确定度用B类方法评定。4.4.3 A 类和 B 类标准不确定度传递 因为A类评定和B类评定方法不同，所以，分别计算各自的传递，然后在不确定度计算的最后一步合并起来。假设某一个结果的计算按式（5）计算：()12,MRf x xx=.(5)式中：1Mxx独立的被测量 每个x都具有A类标准不确定度和B类标准不确定度。对每一类型的不确定度，其基本传递方程按式（6）计算：121 2222122MRxxxfffeeeexxx=+.(6)式中：eA类标准不确定度或B类标准不确定度 M独立被测量的数目。传递方程可写为无因次形式，按式（7）计算：21iMxiRiiiexefRRxx=.(7)式中：DB22/T 25942016 7 ixeix的不确定度；iixfRx相对灵敏系数。因为计算过程复杂，这些导数常常用数值扰动法来估计，按式（6）计算：()()11,iiMiMiif xxxxf xxxfxx+=.(8)每次一个参数，依次将每个参数(ix)改变一个小量（ix，一般是0.1%1%），用扰动参数代替标称值，所有其他参数维持不变，重新进行计算。用扰动计算的结果值与标称值计算的结果间的差值除以扰动量来估计偏导数。每一独立参数计算一次。结果的自由度通常足够大，t分布95%置信度的不确定区间，即包含因子k取2，扩展不确定度按式（10）计算。()()()()1 22222ABUkuRuR=+.(9)5 试验前的不确定度分析 5.1 试验前不确定度分析目的 试验前的不确定度分析对试验计划的帮助极大。试验各方可利用试验前的不确定度分析来帮助达到GB/T 10180 所列非冷凝燃油气锅炉所列协议项目中的各种目的。仪表的数量和类型、记录次数、网格取样点数以及燃料样品数目等均能根据它们对试验结果的不确定度的预计影响程度来决定。5.2 试验前不确定度分析方法 试验前的不确定度分析方法在形式上与试验后的不确定度分析方法是相同的，不同点在于由于没有实际的试验数据，应估计基本的A类标准不确定度而不是由试验统计数据计算。6 标准不确定度的 A 类评定 6.1 基本说明 6.1.1 测量不确定度一般由若干分量组成，每个分量用其概率分布的标准偏差估计值表征，称标准不确定度。根据对输入量iX的一系列测得值ix得到标准偏差的方法为 A 类评定。6.1.2 A 类评定时应尽可能考虑随机效应的来源，使其反映到实测值中去。6.2 单个参数的实验标准偏差 6.2.1 在单一点的多次测量。在单一点随时间进程对某一定值参数进行多次测量时，实验标准偏差可按贝塞尔公式计算：DB22/T 25942016 8 ()()211niikxxs xN=.(10)被测量估计值x的A类标准不确定度（平均值的实验标准偏差）为：()()()/Akuxs xs xN=.(11)自由度为：1vN=.(12)6