自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱換氣量不確定度評(píng)定

何慶芳，曲雯潔，梁銳權(quán)（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱換氣量不確定度評(píng)定

何慶芳，曲雯潔，梁銳權(quán)
（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱（以下簡(jiǎn)稱老化試驗(yàn)箱）主要用于電線電纜的熱老化性能測(cè)試試驗(yàn)。而需要對(duì)箱體性能進(jìn)行評(píng)估的多為老化試驗(yàn)箱的生產(chǎn)廠、電線電纜生產(chǎn)廠的產(chǎn)品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室和開(kāi)展相關(guān)項(xiàng)目的檢測(cè)機(jī)構(gòu)等公司和部門。溫度參數(shù)和換氣量參數(shù)是老化試驗(yàn)箱計(jì)量的主要項(xiàng)目，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度將直接影響對(duì)箱體性能的評(píng)估，分析并計(jì)算出了換氣量測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度，對(duì)換氣量參數(shù)的測(cè)量結(jié)果的可信賴程度具有參考意義。

老化試驗(yàn)箱；換氣量；不確定度評(píng)定

引言

隨著國(guó)家改革開(kāi)放，房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)電力工業(yè)的高速發(fā)展，電力已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)、人民生活不可缺少的重要部分，隨之帶來(lái)了電線電纜的廣泛需求，電線電纜的安全性能和壽命，直接影響到電力行業(yè)的正常運(yùn)行。為了對(duì)電線電纜的可靠性進(jìn)行控制，在國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電線電纜的熱老化性能試驗(yàn)做出了詳細(xì)要求，其中包括試驗(yàn)?zāi)M惡劣環(huán)境而使用到的老化試驗(yàn)箱的各項(xiàng)主要參數(shù)，如老化試驗(yàn)箱的溫度、換氣量和工作空間。由于老化試驗(yàn)箱的溫度性能對(duì)試驗(yàn)影響比較直觀[1]，因此實(shí)驗(yàn)人員往往忽略了同樣對(duì)試驗(yàn)影響很大的參數(shù)——換氣量。在溫度相對(duì)恒定的條件下，換氣量大時(shí)，對(duì)流充分老化效果比較明顯；如果換氣量小，對(duì)流就差，老化較為緩慢，效果就差。我們針對(duì)換氣量的測(cè)量方法進(jìn)行了換氣量測(cè)量的不確定度評(píng)定研究。

國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求主要使用溫度巡檢儀和電能表，用間接測(cè)量方法，測(cè)量試驗(yàn)箱環(huán)境溫度下空氣進(jìn)入試驗(yàn)溫度下試驗(yàn)箱內(nèi)消耗電能的方法，測(cè)量老化試驗(yàn)箱的換氣量，本文將我們研究的過(guò)程做詳細(xì)的說(shuō)明，詳細(xì)介紹換氣量參數(shù)擴(kuò)展不確定度的評(píng)定過(guò)程。

1 測(cè)量依據(jù)、環(huán)境條件和測(cè)量器具

1.1 測(cè)量依據(jù)

JB/T 4278.6-2011《橡皮塑料電線電纜試驗(yàn)儀器設(shè)備檢驗(yàn)方法 第6部分：自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱》。

1.2 環(huán)境條件

溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度≤80 %。

1.3 測(cè)量器具

1）數(shù)字式電能表：允許誤差：±（0.1 %red+0.1 %FS）；

2）溫度巡檢儀：溫度最大允許誤差為：±0.5 ℃

3）鋼卷尺:最大允許誤差為：△=±（0.3+0.2 L）mm

2 測(cè)量方法

測(cè)量方法依據(jù)JB/T 4278.6-2011中的規(guī)定，要求執(zhí)行以下步驟：用膠粘帶或可以密閉門縫的材料將所有通風(fēng)口密封不讓試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣與試驗(yàn)箱外的空氣交換。用溫度測(cè)溫儀測(cè)量試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度，當(dāng)老化試驗(yàn)箱內(nèi)溫度在設(shè)定溫度的±2 ℃范圍內(nèi)時(shí)，箱內(nèi)溫度恒溫1 h后。在設(shè)定的試驗(yàn)溫度下，用標(biāo)準(zhǔn)電能表測(cè)量試驗(yàn)箱全密封狀態(tài)下加熱1 h的平均功率。同時(shí)用溫度測(cè)溫儀測(cè)量環(huán)境溫度。環(huán)境溫度是測(cè)量離箱體約2 m處，與試驗(yàn)箱的進(jìn)風(fēng)口的近似水平位置，且離其他物品至少0.6 m處進(jìn)行。平均功率重復(fù)測(cè)量3次，溫度測(cè)量15次計(jì)算平均值。然后，拆去密封材料，調(diào)節(jié)進(jìn)出空氣孔的大小，恒溫1 h[2]。測(cè)量平均功率、箱內(nèi)溫度及環(huán)境溫度，測(cè)量方法與密封狀態(tài)時(shí)相同。老化試驗(yàn)箱每小時(shí)換氣次數(shù)的計(jì)算公式如下[3]：

式中：

N—換氣次數(shù)，次/小時(shí)；

P1—密封狀態(tài)下的平均功率，W；

P2—開(kāi)封狀態(tài)下的平均功率，W；

t1—環(huán)境溫度，℃；

t2—箱內(nèi)平均溫度，℃；

V—老化試驗(yàn)箱箱內(nèi)體積，L；

d—試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度的空氣密度，g/L。

3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定[4]

3.1 測(cè)量模型及靈敏系數(shù)

測(cè)量模型：對(duì)公式（1）求偏導(dǎo)并取得相對(duì)量得：

求得各參量的靈敏系數(shù)見(jiàn)表1。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源

根據(jù)測(cè)量模型可知，老化試驗(yàn)箱換氣量的不確定度主要由重復(fù)測(cè)量引入的不確定度分量（屬A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度）和標(biāo)準(zhǔn)器、試驗(yàn)箱溫度的允許誤差引入的不確定度分量（屬B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度）引入。

3.2.1 重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

表1 合成各分量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

重復(fù)測(cè)量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表示。在實(shí)際情況下，由于每次測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)，不適合做多次測(cè)量。故對(duì)被測(cè)老化試驗(yàn)箱在同等條件下進(jìn)行3次獨(dú)立測(cè)量，測(cè)得結(jié)果為:13.59、13.71、13.74（次/小時(shí)），平均值為：13.68（次/小時(shí)），采用極差法計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)器及試驗(yàn)箱的允許誤差引入的不確定度分量的評(píng)定

1）標(biāo)準(zhǔn)電能表允許誤差引入的不確定度分量的評(píng)定

試驗(yàn)使用的是橫河WT310HC標(biāo)準(zhǔn)電能表，其允許誤差：±（0.1 %+0.1 %FS）（測(cè)量范圍：400 Wh / 5 000 Wh）。風(fēng)門打開(kāi)時(shí)，測(cè)試時(shí)間為3 600 s，測(cè)得的平均功率為178.12 W，由標(biāo)準(zhǔn)表允許誤差引入的誤差為0.578 W；風(fēng)門關(guān)閉時(shí)，測(cè)試時(shí)間為3 600 s，測(cè)得的平均功率為136.01 W，由標(biāo)準(zhǔn)表允許誤差引入的誤差為0.536 W。

認(rèn)為其服從均勻分布，則標(biāo)準(zhǔn)電能表引入的不確度分量為：風(fēng)門開(kāi)時(shí)：u1=0.334 W，風(fēng)門關(guān)閉時(shí)：u2=0.309 W。

2）溫度巡檢儀允許誤差引入的不確定度分量的評(píng)定

試驗(yàn)使用的是DC-100溫度巡檢儀，其允許誤差為±0.5 ℃，認(rèn)為其服從均勻分布，則溫度巡檢儀允許誤差引入的不確定度分量u3=0.289 ℃。

3）試驗(yàn)箱允許溫度偏差引入的不確定度分量

依據(jù)規(guī)程要求，試驗(yàn)箱允許溫度偏差為±2 ℃，認(rèn)為其服從均勻分布，溫度巡檢儀允許誤差引入的不確定度分量u4=1.155 ℃。

4）環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量的評(píng)定

依據(jù)規(guī)程規(guī)定環(huán)境溫度允許波動(dòng)±2 ℃，均勻分布，環(huán)境溫度允許波動(dòng)引入的不確定度分量u5=1.155 ℃。

5）測(cè)量體積用標(biāo)準(zhǔn)器允許誤差引入的不確定度分量的評(píng)定

使用鋼卷尺測(cè)量試驗(yàn)箱體積，鋼卷尺的允許誤差為：±（0.3+0.2 L）mm，故由鋼卷尺允許誤差引入的不確定度分量u6=3.69504×10-11m3。

6）箱體工藝結(jié)構(gòu)引起體積誤差引入的不確定度分量的評(píng)定

測(cè)量試驗(yàn)箱的長(zhǎng)度為：478.8 mm、寬度為：479.2 mm、高度為：500.0 mm。試驗(yàn)箱的體積為：0.114 720 48 m3

試驗(yàn)箱工藝結(jié)構(gòu)引起體積允許誤差為：±1 %，所以箱體尺寸引入的不確定度分量u7=6.623×10-4m3。

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

各分量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度見(jiàn)表1。

3.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U為：

4 結(jié)束語(yǔ)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)老化試驗(yàn)箱換氣量的要求是(8ˉ12)次/小時(shí)，由計(jì)算結(jié)果可以看出，1次/小時(shí)換氣量的擴(kuò)展不確定度可以認(rèn)為是合理的[5]。本文對(duì)典型老化試驗(yàn)箱換氣量測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行了評(píng)定，為計(jì)量和檢測(cè)行業(yè)涉及到老化箱測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確程度，起到一定參考作用。

［1］李詠今.橡膠熱老化定量和定性評(píng)定方法研究的進(jìn)展［J］.特種橡膠制品， 1996（06）：40-48.

［2］JB/T 4278.6-2011，橡皮塑料電線電纜試驗(yàn)儀器設(shè)備檢驗(yàn)方法 第6部分：自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱［S］.

［3］常宗英.對(duì)自然通風(fēng)熱老化試驗(yàn)箱校準(zhǔn)方法的探討［J］.中國(guó)計(jì)量，2011（6）：105-106.

［4］JJF 1059.1-2012，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］.

［5］楊剛.熱老化試驗(yàn)箱換氣次數(shù)測(cè)定方法的探討［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，1996（05）：14-15.

何慶芳（1962-01），男，廣東梅州人，工程師，主要從事計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究工作。

Uncertainty Evaluation About Ventilation Volume of Natural Ventilation Thermal Aging Test Chambers

HE Qing-fang， QU Wen-jie， LIANG Rui-quan
（Vkan Certification & Testing Co.， Ltd.， Guangzhou 510663）

Natural ventilation thermal aging test chamber （aging test chambers for short）， is mainly applied in thermal aging performance test of electric wire or cable.The manufacturers of aging test chamber， the inspection laboratories in wire and cable manufacturers， and the testing institutions on related projects should evaluate the performance of the chamber， etc.Temperature and ventilation volume parameters are the main investigation subjects of aging test chamber measurement.Its measurement accuracy will directly influence the evaluation of the chamber performance.The expanded uncertainty of ventilation volume measurement result is analyzed and calculated.It has reference significance to the reliability of evaluation result for ventilation volume parameters.

aging test chambers； ventilation volume； uncertainty evaluation

P207+.1

A

1004-7204（2016）03-0037-03