柴油機(jī)噪聲測(cè)量不確定度評(píng)定

朱　建/四川省農(nóng)機(jī)鑒定站

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柴油機(jī)噪聲測(cè)量不確定度評(píng)定

朱建/四川省農(nóng)機(jī)鑒定站

不確定度是指由于測(cè)量誤差的存在，對(duì)被測(cè)量值不能肯定的程度，反過(guò)來(lái)，也表明該結(jié)果的可信賴程度，它是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。測(cè)量不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性、可信性提供定量的說(shuō)明，保證對(duì)測(cè)量結(jié)果做出更為科學(xué)的評(píng)價(jià)。在報(bào)告物理量測(cè)量的結(jié)果時(shí)，必須給出相應(yīng)的不確定度，一方面便于使用它的人評(píng)定其可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果之間的可比性。

柴油機(jī)噪聲是評(píng)價(jià)柴油機(jī)環(huán)保性能一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，在現(xiàn)行的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中也大多將其歸類于關(guān)鍵項(xiàng)目或A類項(xiàng)目，因此準(zhǔn)確測(cè)量柴油機(jī)噪聲水平成為評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要依據(jù)。柴油機(jī)噪聲是指柴油機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的“A”計(jì)權(quán)聲功率級(jí)，在測(cè)量時(shí)由于涉及的影響因素包括儀器、環(huán)境、人員等各個(gè)方面，因此對(duì)其測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)價(jià)較為復(fù)雜。筆者以ZS1115柴油機(jī)在內(nèi)燃機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中的測(cè)試為例，評(píng)定噪聲測(cè)試結(jié)果的不確定度。

1　概述

1.1測(cè)量依據(jù)：GB/T 1859-2000《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測(cè)量工程法及簡(jiǎn)易法》

1.2測(cè)量環(huán)境條件：CW100型電渦流測(cè)功機(jī)，大氣壓為96.1 kPa，溫度為30.2℃，濕度為88.8%。

1.3測(cè)試儀器:：HS5670積分聲級(jí)計(jì)

1.4測(cè)試樣品：ZS1115柴油機(jī)

1.5測(cè)試方法：工程法

2數(shù)學(xué)模型

2.1表面聲壓級(jí)的測(cè)量與計(jì)算

式中：L-pA為表面聲壓級(jí)，單位為dB；Lpi為背景噪聲修正后第i個(gè)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)，單位為dB；N為測(cè)量位置總數(shù)，N= 9；K為測(cè)量表面平均環(huán)境修正值，單位為dB。

2.2聲功率級(jí)計(jì)算

式中：LwA為聲功率級(jí)，單位為dB；S0為基準(zhǔn)值，S0=1 m2；S1為測(cè)量表面積，單位為m2。

l

1

、l

2

、l

3

為矩形基準(zhǔn)體的長(zhǎng)、寬、高；d為1 m。

2.3被測(cè)量聲功率級(jí)與各輸入量之間的函數(shù)關(guān)系

LwA=LpA+10lg4(ab+bc+ca)+δi

式中：δi為修正系數(shù)因子等引入的不確定度分量。

3不確定度的組成

3.1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度。

3.2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

a.積分聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)不確定度

b.活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)不確定度

c.活塞發(fā)聲器的聲壓精確度

d.儀表分辨力誤差

e.修正值

f.測(cè)量表面面積和氣候條件

4標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

試驗(yàn)中對(duì)內(nèi)燃機(jī)聲功率作6次獨(dú)立測(cè)量，得到的結(jié)果為：LWA1=109.52、LWA2=109.79、LWA3=109.57、LWA4=109.61、LWA5=109.46、LWA6=109.71

所以其最佳估計(jì)值(算數(shù)平均值)為：

根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評(píng)定

當(dāng)輸入量的估計(jì)量xi不是由重復(fù)觀測(cè)得到時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可用對(duì)xi的有關(guān)信息或資料來(lái)評(píng)定。

4.2.1積分聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)不確定度引起的不確定度分量u1

由檢定證書可知：本次積分聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)的最佳擴(kuò)展不確定度為0.4 dB，服從正態(tài)分布，取k=2

4.2.2活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)不確定度引起的不確定度分量u2

由檢定證書可知：本次活塞發(fā)聲器校準(zhǔn)的最佳擴(kuò)展不確定度為0.1 dB，服從正態(tài)分布，取k=2

4.2.3活塞發(fā)聲器的聲壓精確度引起的不確定度分量u3

NX6型活塞發(fā)聲器說(shuō)明書表明，其聲壓精確度為±0.2 dB，則其聲壓精確度引起的測(cè)量不確定度為0.2 dB，服從均勻分布。

包含因子

4.2.4儀表分辨力誤差引起的不確定度分量u4

HS5670積分聲級(jí)計(jì)的顯示精度為0.1 dB，則儀表分辨力誤差引起的測(cè)量不確定度為0.05 dB，服從均勻分布。

包含因子

4.2.5修正值所引起的不確定度分量u5

Lpi為背景噪聲修正后第i個(gè)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)，由于被測(cè)噪聲與背景噪聲之差遠(yuǎn)大于10 dB，故其不需修正。

K為測(cè)量表面平均環(huán)境修正值，由中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院給出的修正值K=0.7 dB，其精度誤差引起的測(cè)量不確定度為0.05 dB，服從均勻分布。

包含因子

4.2.6現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下測(cè)量(聲功率級(jí)測(cè)量結(jié)果不修正)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(LWD1)數(shù)學(xué)模型

式中：C為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下的聲功率級(jí)修正值，dB；t為環(huán)境溫度，℃；P為大氣壓，kPa。由于聲功率級(jí)測(cè)量結(jié)果不修正，且t與P彼此獨(dú)立，因此

經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況下對(duì)聲功率級(jí)差別可忽略不計(jì)。

4.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計(jì)算

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(xi)引起的對(duì)y的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ui(L)為

5合成不確定度uc(L)的計(jì)算

5.1各輸入量之間均不相關(guān)，r(xi，xj)=0，于是可簡(jiǎn)化為：

5.2將不確定度分量的數(shù)據(jù)代入公式

6擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

U=k·u

U=2×0.27=0.54 dB

7報(bào)告結(jié)果

單次測(cè)量測(cè)得值的擴(kuò)展不確定度U為：U=0.54 dB，它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(L)乘以包含因子k=2而得到的。

表1　不確定度分量匯總表