ICS27.060.30J98DB22吉林省地方標準DB22/T2594—2016燃油氣工業(yè)鍋爐熱工測試不確定度評定導(dǎo)則Guidetotheevaluationofuncertaintyinthermaltestingforoil-firedandgas-firedindustrialboiler吉林省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布DB22/T2594—2016目次前言...............................................................................III1范圍..............................................................................12規(guī)范性引用文件....................................................................13術(shù)語、定義和符號..................................................................13.1術(shù)語和定義....................................................................13.2符號..........................................................................24測量不確定度的評定方法............................................................44.1基本要求......................................................................44.2不確定度的分析原則............................................................44.3參數(shù)變化特性的模型............................................................44.4不確定度計算及其傳遞計算方法概述..............................................55試驗前的不確定度分析..............................................................75.1試驗前不確定度分析目的........................................................75.2試驗前不確定度分析方法........................................................76標準不確定度的A類評定............................................................76.1基本說明......................................................................76.2單個參數(shù)的實驗標準偏差........................................................76.3中間結(jié)果的A類標準不確定度和自由度............................................96.4試驗結(jié)果的A類標準不確定度和自由度............................................97標準不確定度的B類評定...........................................................117.1儀表的B類標準不確定度.......................................................117.2空間不均勻參數(shù)不確定度的B類評定.............................................137.3B類標準不確定度的組合評定....................................................147.4B類標準不確定度的自由度......................................................147.5試驗結(jié)果的標準不確定度B類評定...............................................148合成標準不確定度的計算...........................................................149擴展不確定度的確定...............................................................15附錄A（資料性附錄）溫度不確定度的評定方法舉例.....................................16附錄B（資料性附錄）流量不確定度的評定方法舉例.....................................18附錄C（資料性附錄）燃料性質(zhì)不確定度的評定方法舉例.................................19附錄D（資料性附錄）其他項目不確定度的評定方法舉例.................................21參考文獻............................................................................22IDB22/T2594—2016前言本標準按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標準由吉林省特種設(shè)備安全與節(jié)能促進會提出。本標準由吉林省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局歸口。本標準起草單位：吉林省特種設(shè)備安全與節(jié)能促進會本標準主要起草人：韓樂、裴建國、賀亮、靳平、高麗卓、楊磊、王旭IIDB22/T2594—2016燃油氣工業(yè)鍋爐熱工測試不確定度評定導(dǎo)則1范圍本標準規(guī)定了燃油氣鍋爐熱工性能試驗結(jié)果不確定度評定的測量不確定度評定方法、試驗前的不確定度分析方法、標準不確定度A類評定、標準不確定度B類評定、合成不確定度的計算、擴展不確定度的確定。本標準適用于排煙中無冷凝現(xiàn)象的燃油氣工業(yè)鍋爐。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T10180鍋爐熱工性能試驗規(guī)程JJF1059.1測量不確定度評定與表示3術(shù)語、定義和符號3.1術(shù)語和定義JJF1059.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。為了便于使用以下重復(fù)列出了JJF1059.1中的一些術(shù)語和定義。3.1.1測得的量值減去參考量值。[JJF1059.1-2012，術(shù)語3.11]指觀測（測量）值中與真值的差值不大于不確定度的觀測值的百分數(shù)。注：某一典型的95%的置信度，意味著95%的測量值在真值加上或減去不確定度的區(qū)間范圍內(nèi)。因為不確定度只是一個估計的誤差極限，所以置信度的概念在不確定度分析中是很必要的。對某一給定置信度，某一測量值或結(jié)果的估計誤差限。注：誤差和不確定度在很多方面是相近的，當(dāng)將一個數(shù)賦給誤差時，即為不確定度；不確定度定義了一個區(qū)間，真值以一定的概率處于該區(qū)間內(nèi)；1DB22/T2594—20163.1.5標準不確定度standarduncertainty以標準偏差表示的測量不確定度3.1.6測量不確定度的A類評定typeAevaluationofmeasurementuncertainty簡稱A類評定。對在規(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)計分析的方法進行的測量不確定度分量的評定。注：也可以理解為隨機誤差的數(shù)值估計。通常由一組試驗數(shù)據(jù)的平均值的實驗標準偏差來量化。3.1.7測量不確定度的B類評定typeBevaluationofmeasurementuncertainty簡稱B類評定。用不同于測量不確定度A類評定的方法對測量不確定度分量進行的評定。注：也可以理解為系統(tǒng)誤差的數(shù)值估計，在采用規(guī)定儀表系統(tǒng)和數(shù)據(jù)整理與計算方法的任何試驗中其本質(zhì)上是固定值。3.1.8合成標準不確定度combinedstandarduncertainty全稱合成標準測量不確定度。由在一個測量模型中各輸入量的標準測量不確定度獲得的輸出量的標準測量不確定度。注：也可以理解為試驗不確定度，包括隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度。在測量模型中各輸入量相關(guān)的情況下，當(dāng)計算合成標準不確定度時必須考慮協(xié)方差。3.1.9擴展不確定度expandeduncertainty在方差的計算中，和的項數(shù)減去對和的限制數(shù)。2DB22/T2594—2016表1符號一覽表符號說明Aa0,ana橫截面積，A類不確定度多項式系數(shù)區(qū)間半寬BCcB類不確定度常數(shù)，極差系數(shù)靈敏系數(shù)eA類標準不確定度或B類標準不確定度數(shù)學(xué)函數(shù)f()k包含因子Mm獨立被測量的數(shù)目網(wǎng)格點數(shù)或不同測量位置的點數(shù)測量次數(shù)或點數(shù)Nn計算標準偏差所用的數(shù)據(jù)點個數(shù)氧氣濃度O2RRa結(jié)果（例如，效率、輸出等）極差S標準偏差Ttt分布，攝氏溫度擴展不確定度標準不確定度，任一參數(shù)任一參數(shù)UuvxyzντAA類不確定度3DB22/T2594—2016表2（續(xù)）角標說明kUWx求和指數(shù)，某特定點未加權(quán)平均值樣本x算術(shù)平均值4測量不確定度的評定方法4.1基本要求本標準測量不確定度的評定流程按照JJF1059.1要求進行評定。4.2不確定度的分析原則測量誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩種誤差。A類不確定度與時間的變化有關(guān)，B類不確定度不隨時間變化。本標準將空間變化性作為B類不確定度的潛在來源。4.3參數(shù)變化特性的模型4.3.1鍋爐性能試驗過程中煙氣溫度和成分等參數(shù)隨空間和時間變化，來自于物理過程而不是試驗誤差。4.3.2參數(shù)不隨時間和/或空間變化為定值模型，見圖1，參數(shù)隨時間、空間或二者連續(xù)變化為連續(xù)變量模型見圖2。4DB22/T2594—2016圖2連續(xù)變量模型4.3.3定值模型的平均值：a)算術(shù)平均值定值模型的算術(shù)平均值計算按式（1）計算：x=1xiN∑Ni=1.......................................(1)式中：x—算術(shù)平均值；N—參數(shù)的數(shù)量；xi—某一參數(shù)。b)算術(shù)平均值的總體偏差N?∑2???................................(2)1τ∫y=τydt.......................................(3)05DB22/T2594—2016y—積分平均值；τ—時間；y—任一參數(shù)；t—學(xué)生分布；d)空間變化對空間變化來說，其平均值按式（4）計算：y=1ydt......................................(4)∫AA0式中：A—空間。4.4不確定度計算及其傳遞計算方法4.4.1A類標準不確定度評定方法當(dāng)參數(shù)為相關(guān)時，在靈敏系數(shù)中應(yīng)考慮該相關(guān)性，本標準盡可能的消除參數(shù)的相關(guān)性。鍋爐熱工性能試驗中，置信因子取2可以用作絕大多數(shù)情況的t分布。4.4.2B類標準不確定度評定方法B類不確定度估計的推薦方法是估計具有95%置信度的數(shù)值。有時在性能試驗中需要采用基于估計值而不是實際測量值的“數(shù)據(jù)”。本標準中，估計參數(shù)的不確定度用B類方法評定。4.4.3A類和B類標準不確定度傳遞因為A類評定和B類評定方法不同，所以，分別計算各自的傳遞，然后在不確定度計算的最后一步合并起來。假設(shè)某一個結(jié)果的計算按式（5）計算：R=f(x1,x2,???,xM)...................................(5)式中：x1~xM—獨立的被測量每個x都具有A類標準不確定度和B類標準不確定度。對每一類型的不確定度，其基本傳遞方程按式（6）計算：?22??+?1?2?M?????2Mxi?fi?∑=?6DB22/T2594—2016ex—xi的不確定度；i???xi?f??—相對靈敏系數(shù)。R?xi?因為計算過程復(fù)雜，這些導(dǎo)數(shù)常常用數(shù)值擾動法來估計，按式（6）計算：?f=fx,,xi(???+δ???)?(??????)δxix,xfx,,xi,x1M1iM......................(8)?xi每次一個參數(shù)，依次將每個參數(shù)(xi)改變一個小量（δxi，一般是0.1%~1%），用擾動參數(shù)代替標稱值，所有其他參數(shù)維持不變，重新進行計算。用擾動計算的結(jié)果值與標稱值計算的結(jié)果間的差值除以擾動量來估計偏導(dǎo)數(shù)。每一獨立參數(shù)計算一次。結(jié)果的自由度通常足夠大，t分布95%置信度的不確定區(qū)間，即包含因子k取2，擴展不確定度按式（10）計算。12U=k???(u(R))2((R))2?2A+u2B..............................(9)??5試驗前的不確定度分析5.1試驗前不確定度分析目的試驗前的不確定度分析對試驗計劃的幫助極大。試驗各方可利用試驗前的不確定度分析來幫助達到GB/T10180所列非冷凝燃油氣鍋爐所列協(xié)議項目中的各種目的。儀表的數(shù)量和類型、記錄次數(shù)、網(wǎng)格取樣點數(shù)以及燃料樣品數(shù)目等均能根據(jù)它們對試驗結(jié)果的不確定度的預(yù)計影響程度來決定。試驗前的不確定度分析方法在形式上與試驗后的不確定度分析方法是相同的，不同點在于由于沒有6.1.1測量不確定度一般由若干分量組成，每個分量用其概率分布的標準偏差估計值表征，稱標準不確定度。根據(jù)對輸入量Xi的一系列測得值xi得到標準偏差的方法為A類評定。6.2.1在單一點的多次測量。在單一點隨時間進程對某一定值參數(shù)進行多次測量時，實驗標準偏差可7DB22/T2594—2016n∑(xi?x)2s(xk)=i=1.................................(10)N?1被測量估計值x的A類標準不確定度（平均值的實驗標準偏差）為：uA(x)=s(x)=()sx/N...............................(11)k自由度為：v=N?1.......................................(12)6.2.2積分平均參數(shù)（非加權(quán)平均值）。例如煙氣溫度和氧量，在網(wǎng)格中每一點隨時間進程多次測量。隨時間進程的每一點測量值取平均以確定在該點的參數(shù)值，即：xi=1N∑(xj)....................................(13)Nij=1式中：i-網(wǎng)格中的點；N-時間進程中讀數(shù)的次數(shù)。實驗標準偏差、平均值的實驗室標準偏差以及自由度是在每一網(wǎng)格點計算的，也就是把該參數(shù)視為定值，即積分平均參數(shù)的實驗標準偏差為m?∑uA(x)=s(x)=m??()??sx?...........................(14)??i???s(x)??4v=...................................(15)m?∑m4()i()vi-sx的自由度，即在點i處讀數(shù)的次數(shù)減1。ia)單獨分析的子樣。如果每一子樣良好的混合、縮樣并分割，則某一組分的平均值就是分析測量的平均值。實驗標準偏差和自由度由公式（10）和公式（11）確定。b)分析前混合的子樣。如果子樣在分析前混合，則各種各樣的子樣被機械平均了（例如，在分析前將若干煙氣取樣管的樣本送入混合室或氣囊“混合”起來），A類標準不確定度和自由度由式（12）和式（13）確定。6.3中間結(jié)果的A類標準不確定度和自由度8DB22/T2594—20166.3.1形如z=Cx的參數(shù)。首先將測量值xi轉(zhuǎn)換成zi，然后，由zi計算z的平均值和A類標準不確定度。例如，差壓式流量計。6.3.2形如z=a0+a1x+a2x+L+anx2n的參數(shù)。式（2）可應(yīng)用于只有一個變量的函數(shù)，在這種情況下，變量為x，則x的靈敏系數(shù)按式（16）計算：ci=?z=a1+2a2x+L+nanxn?1.............................(2)?x其A類標準不確定度按式（17）計算：s(z)=??()?csx...................................(3)2??x例如，鍋爐熱工性能試驗中的溫焓關(guān)系。6.3.3形如z=Cuv的參數(shù)。靈敏系數(shù)為：cu=Cv與cv=CuA類標準不確定度按式（18）計算：12))+(Cusvs(z)=??(Cvsu?22?...............................(4)自由度按式（19）計算：v=...................................(19)4v如果試驗結(jié)果是某一測量參數(shù)，例如，鍋爐排煙溫度，則結(jié)果的A類標準不確定度和自由度也就是參數(shù)本身的A類標準不確定度和自由度值。如果試驗結(jié)果必須要由試驗數(shù)據(jù)計算得到，例如，鍋爐效率，則結(jié)果的A類標準不確定度和自由度必須由各個參數(shù)的對應(yīng)值計算得到。某一計算結(jié)果的A類標準不確定度由所有影響該結(jié)果參數(shù)的標準不確定度用平方求和開平方的方法銨公式（20）計算得到：12?k?∑2?c?sx()??xii???9DB22/T2594—2016?R-被測量與有關(guān)的輸入量之間的函數(shù)對于輸入量x的偏導(dǎo)數(shù)，稱為靈敏系數(shù)。cx=?xiiik-用來計算R的參數(shù)總數(shù)。6.4.3自由度組合結(jié)果的A類標準不確定度的自由度按式（21）計算得到：??s(x)????()?csx?i4vs(x)=................................(21)4k?∑xivi=1xi式中：vs(x)-結(jié)果R的A類標準不確定度的自由度組合。6.4.4極差法一般在測量次數(shù)較少時，可采用極差法評定獲得實驗標準偏差。在重復(fù)性條件或復(fù)現(xiàn)性條件下，對Xi進行n次獨立重復(fù)觀測，測得值中的最大值與最小值之差稱為極差，用符號Ra表示。在Xi可以接近正態(tài)分布的前提下，單個測得值xk的實驗標準差s(xk)按公式（22）進行評定。例如，鍋爐性能試()=Ra.......................................(5)C式中：C-極差系數(shù)；極差系數(shù)C及自由度v可查表3得到。表3極差系數(shù)C及自由度vnCv2.976.8被測量估計值的A類標準不確定度按公式（23）計算：Ra.............................(6)k10DB22/T2594—2016對鍋爐效率，一般不用分析方法來計算靈敏系數(shù)，而使用擾動法近似計算靈敏系數(shù)，每次使一個參數(shù)變化一微小量δxi，保持其他參數(shù)不變，評估試驗結(jié)果計算值的變化量δR。則靈敏系數(shù)按式（24）計算：cx=?R≈δR......................................(7)?xδxiii式中：δxi是某一微小量，例如，xi100或xi1000。7標準不確定度的B類評定7.1儀表的B類標準不確定度7.1.1B類標準不確定度uB按式（25）計算得到：auB=........................................(25)k式中：a-被測量可能值區(qū)間的半寬度。k-根據(jù)概率論獲得的k稱置信因子，當(dāng)k為擴展不確定度的倍乘因子時稱包含因子。7.1.2區(qū)間半寬a見JJF1059.1的相關(guān)規(guī)定，部分確定方法舉例如下：a)生產(chǎn)廠提供的測量儀器的最大允許誤差為±Δ，并經(jīng)計量部門檢定合格，則評定儀器的不確定度時，可能值區(qū)間的半寬度為：a=Δ；b)校準證書提供的校準值，給出了其擴展不確定度為U,則區(qū)間的半寬度為：a=U；c)由手冊查出所用的參考數(shù)據(jù)，其誤差限為±Δ，則區(qū)間的半寬度為a=Δ；d)由有關(guān)資料查得某參數(shù)的最小可能值為a?和最大可能值為a+，最佳估計值為該區(qū)間的中點，a/2?e)當(dāng)測量儀器或?qū)嵨锪烤呓o出準確度等級時，可以按檢定規(guī)程規(guī)定的該等級的最大允許誤差得到對應(yīng)區(qū)間的半寬度；f)必要時，可根據(jù)經(jīng)驗推斷某量值不會超出的范圍，或用實驗方法來估計可能的區(qū)間。7.1.3k的確定方法a)已知擴展不確定度是合成標準不確定度的若干倍時，該倍數(shù)就是包含因子k。b)假設(shè)為正態(tài)分布時，根據(jù)要求的概率查表4得到k。pkpk11DB22/T2594—2016c）假設(shè)非正態(tài)分布時，根據(jù)概率分布查表5得到k。常用非正態(tài)分布的置信因子k及B類標準不確定度uB(x)表5p(%)100k分布類別三角uB(x)6a/6a/21002梯形（β=0.71）矩形（均勻）10032a/3反正弦兩點100a/2a1001d）如果有證書或報告給出的不確定度是具有包含概率為0.95、0.99的擴展不確定度，可按正態(tài)分布來評定。其他的概率分布按JJF1059.1規(guī)定進行評定。7.1.4一臺儀表系統(tǒng)有多個組成部分。如果儀表系統(tǒng)的每一部分均有各自的B類標準不確定度，則測量的組合B類標準不確定度按式（26）計算得到：)12..............................(26)+u7.1.5用一臺儀表進行多次測量，按式（27）計算得到。在某一點用一臺儀器進行多次測量時，例如，用相同的熱電偶在煙道橫截面上若干點測量溫度，參數(shù)平均值的B類標準不確定度為單次測量的儀表B類標準不確定度。uB=uB........................................(8)x7.1.6用多臺儀表進行多次測量。在若干位置用多臺儀表進行多次測量時，例如，用固定熱電偶網(wǎng)格a)所有儀表回路均具有相同的B類標準不確定度，例如，每一熱電偶加補償導(dǎo)線、數(shù)據(jù)裝置等組成的回路B類標準不確定度相同。平均參數(shù)的B類標準不確定度等于任一回路的儀表B類標準不確定度，可以用公式（27）描述。b)儀表不同回路中具有不同的B類標準不確定。平均參數(shù)的儀表B類標準不確定度等于所有回路的儀表B類標準不確定度的平均值，按式（28）計算：uB....................................(28)∑Nx12DB22/T2594—2016N-不同儀表回路的個數(shù)；uB-儀表回路i的B類標準不確定度。x7.1.7溫度不確定度的評定方法見附錄A，流量不確定度的評定方法見附錄B，燃料性質(zhì)不確定度的評定方法見附錄C，蒸汽濕度和散熱損失不確定度的評定方法見附錄D。7.2空間不均勻參數(shù)不確定度的B類評定7.2.1鍋爐性能試驗的某些參數(shù)，如鍋爐系統(tǒng)邊界面上的煙氣溫度、空氣溫度以及煙氣成分，均應(yīng)采用流量加權(quán)積分求取平均值；每一項近似均引入不確定度，本標準將這些不確定度加到儀表不確定度上。7.2.2數(shù)值積分產(chǎn)生的不確定度的B類評定。在單股物流，例如煙氣，分叉為兩個或更多管道的情況下，該模型分別應(yīng)用于每一管道，按式（29）計算：12uB=11.02(m?1)?1m(zi?z)?...........................(29)∑2??0.5?mn?i=1式中：m—測量網(wǎng)格中的測點數(shù)；z—連續(xù)分布參數(shù)的時間平均值（溫度、氧量等）；z—z的綜合平均值。7.2.3未采用流量加權(quán)的流量加權(quán)不確定度的B類評定。不確定度估計值為加權(quán)與未加權(quán)平均值之差的估計值。在沒有可靠流速數(shù)據(jù)的條件下，溫度不確定度估計按公式（30）計算：mTiti.....................................(30)∑mTi=1?=t(℃)?標準不確定度的B類評定按式（31）計算：uB=tUW?tFW.....................................(9)氧濃度的標準不確定取為與溫度標準不確定度相同的平均值百分數(shù)，按式（32）計算：.....................................(10)13DB22/T2594—201612)................................(11)(uB=u2BI+u2Bn+u2Bt,FW式中：uB-儀表的B類標準不確定度。I7.4B類標準不確定度的自由度B類標準不確定度的自由度按公式（34）近似計算，詳細描述見JJF1059.1。?2?Δ?()??ux≈1????..................................(34)ivi()uxi2????式中：uxΔ?()???i()—ux的相對標準不確定度。i()uxi7.5試驗結(jié)果的標準不確定度B類評定由測量參數(shù)值和假設(shè)參數(shù)值計算的某一結(jié)果的整體系統(tǒng)不確定可用公式（35）確定，該公式假設(shè)導(dǎo)致測量不確定度的各分量uB()x相互間不相關(guān)。i???k?∑2??(x)?cu?.............................(35)?i?xBi?uB(R)的自由度由公式按（36）確定，即4B...............................(36)k∑i某一試驗結(jié)果的A類標準不確定度和B類標準不確定度按公式（37）組合為試驗的標準不確定度，例12{2............................(12)14DB22/T2594—20162}............................(13){??uB(R)??2+??uA(x)??2v=uc(R)?(x)??4?(R)??4uu??A+BvvuA(x)uB(R)9擴展不確定度的確定()擴展不確定度U由合成標準不確定度ucR乘包含因子k得到，按公式（39）計算。U=kuc(R)......................................(39)式中：在通常測量中，一般取k=2。當(dāng)去其他值時，應(yīng)說明其來源。當(dāng)給出擴展不確定度U時，一般應(yīng)注明所取的k值；若未注明k值，則指k=2。15DB22/T2594—2016AA附錄A（資料性附錄）溫度不確定度的評定方法舉例A.1表面接觸式A.1.1測量儀器儀表該測量方法主要應(yīng)用熱電阻測溫原理。對于工業(yè)用電阻溫度計，在0~500范圍內(nèi)，其擴展不確定度如下：a）鉑電阻溫度計())()0.15+3.0×10?3t℃；II級：0.3+4.5×10?3t℃。I級：b）銅電阻溫度計(()0.3+3.5×10?3t℃；III級：0.3+6×10?3t℃。II級：A.1.2舉例鍋爐循環(huán)水溫度測量使用鉑電阻溫度計。鉑電阻溫度計為I級，循環(huán)水進水溫度為50℃，出水溫度為90℃，其儀表本身的標準不確定度為：90=0.21℃注：正態(tài)分布，k取2。輻射式溫度計的不確定度主要由兩部分組成：一是溫度計本身引起的不確定度，以紅外輻射溫度計)為例，0-400℃時，其測量擴展不確定度10.01t℃；另一部分是由于黑度系數(shù)設(shè)置不準而引起的不(+在測試鍋爐效率時，插入式溫度計主要有兩種：玻璃水銀溫度計和熱電偶溫度計。熱電偶的種類見16DB22/T2594—2016表A.1熱電偶的種類名稱型號（代號）WRN分度號K測溫范圍（℃）0-1200允許偏差（℃）±2.5或0.75%t鎳絡(luò)-鎳硅±2.5或0.75%t±1.5或0.25%t±1.5或0.25%t±1.0或0.75%t±2.5或0.75%t鎳絡(luò)-銅鎳鉑銠10-鉑鉑銠30-鉑銠6銅-銅鎳WREWRPWRRWRCWRFESBTJ0-9000-1600600-1700-40-350-40-750鐵-銅鎳A.3.2舉例過熱蒸汽溫度測量。使用K型熱電偶，過熱蒸汽溫度測量值為450℃，則儀器的標準不確定度為：a2.53a0.75×450=1.95℃uB===1.44℃或uB=k=k17DB22/T2594—2016BB附錄B（資料性附錄）流量不確定度的評定方法舉例B.1燃料B.1.1燃料油燃油消耗量為264.38k