FVRROW FLOW MEASUREMENT ACCURACY
Thomas J. Trout,' Member, ASCE, and Bruce E. Mackey
ABSTRACT: The primary Source of error in properly calibrated,
con-structed,- and installed flow measurement devices is tine to reading error or uncertainty. Head reading uncertainty in small V-notch'flurries and submerged orifices is measured in the field as ±3mm with no consistent variation with reading. Elapsed time measurement . uncertainty for• volumetric measurements increases with the square root a the time. The sensitivity of flow measurement uncertainty,., to head or time reading uncertainty is proportional to the ratio of' the device discharge equation exponent to the reading. Furrow flow measurement uncertainty ;varies with the device and flow rate, but generally exceeds ±5% and Often, exceeds ± 10%. Maintaining uncertainty below 10% reqUires flume measurements in the upper 50%-of their range,, Orifice measurements = with head -readings greater thaw 13mm, and volumetric measurement elapsed times_gyeater than 4 seconds. • '
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Any measurement process involves4 degree of uncertainty, sometimes referred to as inaccuracy or potential error. if many• measurements are made of a value, they- will randomly scatter around the true value if all systematic errors are eliminated or corrected. The standard deviation of the measurements s is a measure of the scatter and is Used to determine the uncertainty of the measurerneuVE, or the interval within which the true value lies with a certain confidenceleVel or probability: The uncertainty of a measurement can be calculated by
is
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where t ,= the Student's t-statistic (two-tailed), 'dependent upon the
degrees-of-freedom associated with estimating s (usually n-1) and the
desired probability level; and n the number of measurements used to calculate the mean. The t,statistic can be found in basic statistics texts.
Often, •the uncertainty of a measurement or device is given in terms of a
value implied to be the maximum error. International Standard #5168
(ISO 1978) defines this "maximum" deviation in flow measurement as the
95% confidence interval.
Bos et al. (1984), Bos (1976), and ISO (1978) discuss flow measurement error sources and their effects. The major sources of uncertainty in head:
'Agric. Engr., USDA-Agric. Res. Service, Route 1, Box 186, Kimberly, ID 83341.
2Statistician, USDA-ARS, Western Regional Res. Ctr., 800 Buchanan St.,• Albany, CA 94710.
Note. Discussion open until October 1, 1988. Separate discussions should be submitted for the individual papers in this symposium: To extend the closing date one month, a written request must be filed with the ASCE Manager of Journals. The manuscript for this paper was submitted for review, and possible publication on• December 4, 1986. This paper is part of the Joirrnal of Irrigaiirin and Drainage
EngineerMg, Vol. 114. No. 2, , May, 1988. CASCE; ISSN
0733-9437188!0002-0244/$1.00 + $.15 per page. Paper No. 22412. ,
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APPENDIX:II. NOTATION
. The following symbols are used in tins paper:
Trout, T.J. (1988). "Inflow-outflow infiltration measurement accuracy." J. and! Drain, Engrg.. ASCE, 114(2).
• a b E • =
• EQP =
n = Q =
R =
r = s •.'= • t
= v.
ye =
•lii;i••• =
VR •• vs
coefficient of measuring device discharge equation; number of subjects (readers);
measur:ernent uncertainty or one-half confidence interval; relative flow. measurement uncertainty;
number of measurements used to calculate mean; flow rate;
device reading such as flow depth in flume; number of readings per subject;
standard deviation = VV; Student's t-Statistic (two-tailed);
exponent of Measuring deVice discharge equatiOn;
ariance; ' '
-furrow x reading x subject variance cOmponent estimate; furrow x subject valiance Component estimate;
reading variance component estimate; and subject variance component estimate.
Subscripts
R = reading;
Q = flow; and