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汽车排气污染物检测用底盘测功机基本惯量的示值误差不确定度评定

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 213次


(河南省计量科学研究院  450008)

摘要:根据汽车排气污染物检测用底盘测功机的实际测量情况,基本惯量是设备的一项重要的技术参数,从理论计算公式对基本惯量的测量结果不确定度进行探讨。

关键词:底盘测功机;基本惯量;测量不确定度;评定

1、  测量原理

底盘测功机基本惯量是底盘测功机所有旋转部件所产生的当量惯量,当量惯量是惯量模拟装置模拟汽车行驶中的平动和转动动能时所相当的汽车质量。

1.1测量方法:

依据本规范中7.2.4的方法,驱动滚筒速度至56km/h,在(4816km/h速度区间段进行空载滑行测试。记录计时装置记录的滑行时间t1。再驱动滚筒转速至56km/h,加载恒扭力F21170N,进行(4816km/h的滑行测试。记录计时装置记录的滑行时间t2。重复上述步骤3次,计算3次平均值,,,。然后按照公式(1)进行计算基本惯量DIW

                (1

式中: — 底盘测功机转动惯量等效汽车质量,kg

          — 三次加载恒力,实测的平均值,N

          — 三次加载恒力,实测的平均值,N

­ — 三次加载恒力F1,(4816km/h滑行时间的平均值,s

          — 三次加载恒力F2,(4816km/h滑行时间的平均值,s

1.2环境条件:温度:(26)℃;温度波动不大于±2℃。

1.3测量标准:滑行时间测试仪。

1.4被测对象:汽车排气污染物检测用底盘测功机(其基本惯量标称值为1290kg)。

1.5测量过程:通过1.1的测量方法进行测试,然后按照公式(1)计算测功机的测量值,将测功机的基本惯量标称值与测量值进行比较,看其差值是否满足规范的要求,即标称值减去测量值再除以测量值为仪器的示值误差。

2 数学模型

2.1  建立数学模型如下:

 

 

                                                    (2

式中: — 底盘测功机转动惯量示值误差,%

      —汽车底盘测功机基本惯量的标称值,1290kg

2.2  方差

  由(2)式得方差:

=+++(3)

式中:—时间引入的标准不确定度,

—时间引入的标准不确定度。

2.3 灵敏系数

由公式(2)得

c()==                               (4)

c()= =                             (5)

c(f1)==-                       (6)

c(f)==+                    

 

根据公式(3)、(4)、(5)(6)(7)得标准不确定度:

=()2+2

+-)2++)2      (8)

3、不确定度来源

3.1由被校仪器引入的不确定度分量

3.1.1 有测量的重复性引入的不确定度分量

3.1.2 由数显量化引入的不确定度分量

3.2由标准装置引入的不确定度分量

4、标准不确定度分量

4.1由被校仪器引入的不确定度分量

4.1.1 汽车排气污染物检测用底盘测功机空载滑行时间、恒载荷滑行时间示值的测量重复性引入的不确定度分量,底盘测功机空载力和恒载力的不确定度分量,可以通过连续测量得到测量列,采用A类方法评定,通过等精度重复测量3次,由于现场的实际实验情况采用极差法计算重复性引入的不确定度分量。

表1空载滑行时间t1测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(s)

109.38

111.58

111.87

平均值

110.94

单次测量标准差

s ==1.47s

表2恒载滑行时间t2测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(s)

9.181

9.213

9.195

平均值

9.195

单次测量标准差

s ==0.019s

表3空载f1测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(N)

10

10

10

平均值

0

单次测量标准差

s ==0

表4恒载f2测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(N)

1166

1165

1166

平均值

1166

单次测量标准差

s ==0.6N


由于做的实验数据小于10次,故采用极差法进行计算单次测量标准差。实际测量时在重复性连续测量3次,以3次测量的算术平均值作为测量结果,可得标准不确定度为:

 = 1.47/ = 0.85 s

 = 0.019/= 0.011 s

= 0

= 0.6/= 0.3 N

4.1.2 示值的数显量化误差引入的标准不确定度

滑行时间测定仪的时间分辨力为1ms,其量化误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为0.5ms的区间内,其引入的标准不确定度为:

 ==0.5ms/= 0.00029 s

底盘测功机的扭力的分辨力为1N,其量化误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为0.5N的区间内,其引入的标准不确定度为:

==0.5N/= 0.3 N

参照JJF 1033 – 2008《计量标准考核规范》的要求,分量大于,故取作为被校仪器引入的不确定度分量,所以:

 = 1.47/ = 0.85 s

 = 0.019/= 0.011 s

== 0.3 N

4.2 标准装置引入的不确定度分量

上级标准器引入的不确定度分量由国家法定机构检定证书给出,U = 2.0 msk = 2。则标准不确定度为:

 = = 2/2 = 1ms =0.001s

汽车排气污染物检测用底盘测功机的扭力最大允许误差为±1%,其误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为1%的区间内,则标准不确定度为:

= 1%*10/= 0.1N

= 1%*1166/= 0.6% = 6.7 N

5 、标准不确定度分量一览表

5 标准不确定度分量

标准不确定度分量

不确定度来源

标准不确定度

灵敏系数

 = /

 

 

 重复性

 0.85 s

 

 0.07%

 标准器

 0.001 s

 

 重复性

 0.011 s

 

 0.13%

 标准器

0.001 s

 

 重复性

 0.3 N

 

 0.03%

 标准器

 0.1 N

 

 重复性

0.3 N

 

 0.56%

 标准器

6.7 N


6、合成标准不确定度

由于各标准不确定度分量不相关,所以:

u()==0.59%

7、扩展不确定度评定

取包含因子k = 2,则

Urel = u()k =0.59%2  1.2%

参考文献

[1] JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示.

[2] JJF1221-2009 汽车排气污染物检测用底盘测功机校准规范.

[3] JJF 1033 – 2008《计量标准考核规范》汽车排气污染物检测用底盘测功机基本惯量的示值误差不确定度评定

秦国君  张奇峰 叶献锋 张静

(河南省计量科学研究院  450008)

摘要:根据汽车排气污染物检测用底盘测功机的实际测量情况,基本惯量是设备的一项重要的技术参数,从理论计算公式对基本惯量的测量结果不确定度进行探讨。

关键词:底盘测功机;基本惯量;测量不确定度;评定

1、  测量原理

底盘测功机基本惯量是底盘测功机所有旋转部件所产生的当量惯量,当量惯量是惯量模拟装置模拟汽车行驶中的平动和转动动能时所相当的汽车质量。

1.1测量方法:

依据本规范中7.2.4的方法,驱动滚筒速度至56km/h,在(4816km/h速度区间段进行空载滑行测试。记录计时装置记录的滑行时间t1。再驱动滚筒转速至56km/h,加载恒扭力F21170N,进行(4816km/h的滑行测试。记录计时装置记录的滑行时间t2。重复上述步骤3次,计算3次平均值,,,。然后按照公式(1)进行计算基本惯量DIW

                (1

式中: — 底盘测功机转动惯量等效汽车质量,kg

          — 三次加载恒力,实测的平均值,N

          — 三次加载恒力,实测的平均值,N

­ — 三次加载恒力F1,(4816km/h滑行时间的平均值,s

          — 三次加载恒力F2,(4816km/h滑行时间的平均值,s

1.2环境条件:温度:(26)℃;温度波动不大于±2℃。

1.3测量标准:滑行时间测试仪。

1.4被测对象:汽车排气污染物检测用底盘测功机(其基本惯量标称值为1290kg)。

1.5测量过程:通过1.1的测量方法进行测试,然后按照公式(1)计算测功机的测量值,将测功机的基本惯量标称值与测量值进行比较,看其差值是否满足规范的要求,即标称值减去测量值再除以测量值为仪器的示值误差。

2 数学模型

2.1  建立数学模型如下:

 

 

                                                    (2

式中: — 底盘测功机转动惯量示值误差,%

      —汽车底盘测功机基本惯量的标称值,1290kg

2.2  方差

  由(2)式得方差:

=+++(3)

式中:—时间引入的标准不确定度,

—时间引入的标准不确定度。

2.3 灵敏系数

由公式(2)得

c()==                               (4)

c()= =                             (5)

c(f1)==-                       (6)

c(f)==+                    

 

根据公式(3)、(4)、(5)(6)(7)得标准不确定度:

=()2+2

+-)2++)2      (8)

3、不确定度来源

3.1由被校仪器引入的不确定度分量

3.1.1 有测量的重复性引入的不确定度分量

3.1.2 由数显量化引入的不确定度分量

3.2由标准装置引入的不确定度分量

4、标准不确定度分量

4.1由被校仪器引入的不确定度分量

4.1.1 汽车排气污染物检测用底盘测功机空载滑行时间、恒载荷滑行时间示值的测量重复性引入的不确定度分量,底盘测功机空载力和恒载力的不确定度分量,可以通过连续测量得到测量列,采用A类方法评定,通过等精度重复测量3次,由于现场的实际实验情况采用极差法计算重复性引入的不确定度分量。

表1空载滑行时间t1测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(s)

109.38

111.58

111.87

平均值

110.94

单次测量标准差

s ==1.47s

表2恒载滑行时间t2测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(s)

9.181

9.213

9.195

平均值

9.195

单次测量标准差

s ==0.019s

表3空载f1测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(N)

10

10

10

平均值

0

单次测量标准差

s ==0

表4恒载f2测量重复性观测列

测量次数

1

2

3

测量值(N)

1166

1165

1166

平均值

1166

单次测量标准差

s ==0.6N


由于做的实验数据小于10次,故采用极差法进行计算单次测量标准差。实际测量时在重复性连续测量3次,以3次测量的算术平均值作为测量结果,可得标准不确定度为:

 = 1.47/ = 0.85 s

 = 0.019/= 0.011 s

= 0

= 0.6/= 0.3 N

4.1.2 示值的数显量化误差引入的标准不确定度

滑行时间测定仪的时间分辨力为1ms,其量化误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为0.5ms的区间内,其引入的标准不确定度为:

 ==0.5ms/= 0.00029 s

底盘测功机的扭力的分辨力为1N,其量化误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为0.5N的区间内,其引入的标准不确定度为:

==0.5N/= 0.3 N

参照JJF 1033 – 2008《计量标准考核规范》的要求,分量大于,故取作为被校仪器引入的不确定度分量,所以:

 = 1.47/ = 0.85 s

 = 0.019/= 0.011 s

== 0.3 N

4.2 标准装置引入的不确定度分量

上级标准器引入的不确定度分量由国家法定机构检定证书给出,U = 2.0 msk = 2。则标准不确定度为:

 = = 2/2 = 1ms =0.001s

汽车排气污染物检测用底盘测功机的扭力最大允许误差为±1%,其误差以等概率分布(矩形分布)落在半宽度为1%的区间内,则标准不确定度为:

= 1%*10/= 0.1N

= 1%*1166/= 0.6% = 6.7 N

5 、标准不确定度分量一览表

5 标准不确定度分量

标准不确定度分量

不确定度来源

标准不确定度

灵敏系数

 = /

 

 

 重复性

 0.85 s

 

 0.07%

 标准器

 0.001 s

 

 重复性

 0.011 s

 

 0.13%

 标准器

0.001 s

 

 重复性

 0.3 N

 

 0.03%

 标准器

 0.1 N

 

 重复性

0.3 N

 

 0.56%

 标准器

6.7 N


6、合成标准不确定度

由于各标准不确定度分量不相关,所以:

u()==0.59%

7、扩展不确定度评定

取包含因子k = 2,则

Urel = u()k =0.59%2  1.2%

参考文献

[1] JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示.

[2] JJF1221-2009 汽车排气污染物检测用底盘测功机校准规范.

[3] JJF 1033 – 2008《计量标准考核规范》

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