張 樂

(萍鄉(xiāng)市焰花鞭炮科學(xué)研究所助理工程師)

煙花爆竹已有1300余年歷史。燃放煙花爆竹不僅僅是一種風(fēng)俗，更成為了一種文化，這種文化一直延續(xù)至今，并隨著中世紀(jì)中西方文化的交流一起走出了國門、傳遍了全世界。煙花爆竹產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到消費(fèi)者的生命財(cái)產(chǎn)安全。其中產(chǎn)品的引燃時(shí)間、效果時(shí)間、效果間隔時(shí)間和聲級值是煙花爆竹檢測過程中至關(guān)重要的幾項(xiàng)指標(biāo)。

在煙花爆竹檢測過程中經(jīng)常使用到電子秒表。它一般用于計(jì)量煙花爆竹的引燃時(shí)間和煙花爆竹總的效果時(shí)間以及煙花各個(gè)效果發(fā)生的間隔時(shí)間。電子秒表是一種較先進(jìn)的電子計(jì)時(shí)器，目前國產(chǎn)的電子秒表一般都是利用石英振蕩器的振蕩頻率作為時(shí)間基準(zhǔn)，采用6位液晶數(shù)字顯示時(shí)間。電子秒表的使用功能比機(jī)械秒表要多，它不僅能顯示分、秒，還能顯示時(shí)、日、月及星期，并且有1/l00s的功能。一般的電子秒表連續(xù)累計(jì)時(shí)間為59min 59.99s，可讀到1/l00s，平均日差±0.5s。

在煙花爆竹檢測過程中使用聲級計(jì)用于測量煙花爆竹產(chǎn)生效果時(shí)最大噪聲聲級值。聲級計(jì)是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時(shí)，可以模擬人耳對聲波反應(yīng)速度的時(shí)間特性;對高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時(shí)改變頻率特性的強(qiáng)度特性。聲級計(jì)是一種主觀性的電子儀器。聲級計(jì)的工作原理是由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)(或外接濾波器) ，然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器(或外按電平記錄儀) ，在指示表頭上給出噪聲聲級的數(shù)值。根據(jù)聲級計(jì)整機(jī)靈敏度區(qū)分，聲級計(jì)分類有兩類方法:一類是普通聲級計(jì)，它對傳聲器要求不太高。動(dòng)態(tài)范圍和頻響平直范圍較狹，一般不配置帶通濾波器相聯(lián)用;另一類是精密聲級計(jì)，其傳聲器要求頻響寬，靈敏度高，長期穩(wěn)定性好，且能與各種帶通濾波器配合使用，放大器輸出可直接和電平記錄器、錄音機(jī)相聯(lián)接，可將噪聲訊號顯示或貯存起來。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3785.1-2010、IEC61672-1:2013，聲級計(jì)按照精度，分為1級聲級計(jì)和2級聲級計(jì)，1級和2級聲級計(jì)的技術(shù)指標(biāo)有相同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要是最大允許誤差、工作溫度范圍和頻率范圍不同，2級要求的最大允差大于1級。2級聲級計(jì)的工作溫度范圍0 ℃ ～ 40 ℃，1級為-10 ℃ ～ 50 ℃。2級的頻率范圍一般為20 Hz～8kHz，1級的頻率范圍為10 Hz～20kHz。煙花爆竹檢測過程中應(yīng)使用符合1級技術(shù)指標(biāo)的聲級計(jì)。

電子秒表和聲級計(jì)是煙花爆竹檢測過程中使用最為頻繁的兩種儀器。它們所出具的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對煙花爆竹的質(zhì)量有極大的意義。國家煙花標(biāo)準(zhǔn)（GB 10631-2013、GB/T10632-2004、GB/T21242-2007）、歐盟煙花標(biāo)準(zhǔn) （ EN15947:2015、 EN16261:2013、EN16256:2012）都對電子秒表和聲級計(jì)在煙花爆竹檢測過程中作出了詳細(xì)的要求。

不確定度的含義是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結(jié)果的可信賴程度。它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測量的真值愈接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價(jià)值越高；不確定度越大，測量結(jié)果的質(zhì)量越低，水平越低，其使用價(jià)值也越低。

定義：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)為不確定度。

一：電子秒表示值誤差測量結(jié)果不確定度分析

1、概述

1.1 測量依據(jù)： J JG237-2010《秒表檢定規(guī)程》

1.2 環(huán)境條件：溫度20.1℃，相對濕度53%。

1.3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為時(shí)間檢定儀

表Ⅰ 實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備

1.4 被測對象：電子秒表

1.5 測量方法:將被校表放入夾具固定好,啟動(dòng)時(shí)間檢定儀，觸發(fā)被校秒表走時(shí)，侍時(shí)間檢定儀再次觸發(fā)被校表停此走時(shí)后，讀取被校表示值誤差。

2、數(shù)學(xué)模型

式中： Δ T：被檢表示值誤差

Ti：測量值；

To：標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔發(fā)生器的給定值；

3、不確定度傳播率：

式中，靈敏系數(shù)：

4 輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析：

4.1 被校秒表測量時(shí)間間隔重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Ti)，用A類不確定度評定

以校準(zhǔn)一跳動(dòng)量為0.01s的電子秒表的3600s為例，將被校秒表與時(shí)間檢定儀連接好后，重復(fù)性測量10次，得到系列測量值3600.01、3600.01、3600.01、 3600.01、 3600.01、3600.01、 3600.01、 3600.01、3600.01、 3600.02。 Ti=3600.011 s，單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s(Ti)=0.0032s。在實(shí)際檢定中，只取一次測量值(其中誤差最大的)作為測量結(jié)果，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.2 時(shí)間檢定儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(To)，用B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。

時(shí)間檢定儀送一級計(jì)量檢定合格，按使用說明書得知時(shí)間檢定儀檢定秒表準(zhǔn)確度為±(2×10-7×T+0.003) s，在 輸 出 時(shí) 段 為3600s時(shí)，走時(shí)誤差為均勻分布，k=3,

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

?

5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成不確定度為。

5.3 擴(kuò)展不確定度計(jì)算:

6 對使用時(shí)間檢定儀校準(zhǔn)機(jī)械秒表的測量不確定度評估

根據(jù)JJG237-2010《秒表檢定規(guī)程》的規(guī)定，常規(guī)校準(zhǔn)應(yīng)對電子秒表的10 s、600 s、3600s、24h進(jìn)行校準(zhǔn)，使用最大允許誤差±(2×10-7×T+0.003) s時(shí)間檢定儀和電子秒表日差檢定儀校準(zhǔn)上述時(shí)間間隔時(shí)，其測量不確定度評估如下：

?

7 校準(zhǔn)和測量能力

0.01s分度的電子秒表是使用最大允許誤差±(2×1 0-7×T+0.0 0 3)s時(shí)間檢定儀和測量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.05s/d電子秒表日差檢定儀可校準(zhǔn)的最佳被校電子秒表，因此該項(xiàng)目的CMC為： 1 s ～3600s，U = 0.01 s，24 h ，U = 0.06 s。

二：AWA5680型多功能聲級計(jì)測量不確定度評定

1、概述

1.1.測量依據(jù)：JJG188-2002《聲級計(jì)檢定規(guī)程》

1.2.檢測方法：采用耦合腔和自由場比較法將進(jìn)行聲壓量值傳遞

2、不確定度來源分析

2.1.重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引起的測量不確定度u1

2.2.被測聲級計(jì)示值分辨率引起的測量不確定度u2

2.3.標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)器引起的測量不確定度u3

2.4.標(biāo)準(zhǔn)傳聲器引起的測量不確定度u4

2.5.聲場（耦合腔20Hz-500Hz和消聲室500Hz-20kHz）修正值的測量不確定度u5

2.6.測量環(huán)境（溫度）引起的測量不確定度u6

2.7.測量環(huán)境（濕度）引起的測量不確定度u7

2.8.測量環(huán)境（大氣壓）引起的測量不確定度u8

2.9.供電電源變化引起的測量不確定度u9

3、測量不確定度分量的評定

3.1.重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引起的測量不確定度u1評定—A類評定

對AWA5680型多功能聲級計(jì)（編號為062920）進(jìn)行10次聲信號重復(fù)測量，測得數(shù)據(jù)如下(1 kHz)：

?

聲級計(jì)單次測量的標(biāo)準(zhǔn)差Si按貝塞爾公式計(jì)算

實(shí)際檢定以4次測量平均作為測量結(jié)果則

3.2.被測聲級計(jì)示值分辨率引起的測量不確定度u2評定—B類評定

聲級計(jì)數(shù)字示值分辨率為±0.1dB

[-a a]為0.1 d B，半寬a為0.0 5 d B

3.3.標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)器引起的測量不確定度u3評定——B類評定

校準(zhǔn)用聲校準(zhǔn)器是4231聲校準(zhǔn)器 其測量不確定度U3=0.1 dB(k=2)

3.4.標(biāo)準(zhǔn)傳聲器引起的測量不確定度u4評定—B類評定

AWA14421型標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的測量不確定度U4=0.3 dB（k=2）

3.5.聲場（耦合腔20Hz-500Hz和消聲室500Hz-20kHz）

修正值的測量不確定度u5評定——B類評定U5=0.1dB(k=2)

3.6.測量環(huán)境（溫度）引起的測量不確定度u6評定——B類評定

測量環(huán)境溫度要求在-10℃--+50℃

3.7.測量環(huán)境(濕度)引起的測量不確定度u7評定——B類評定

測量環(huán)境濕度要求25%-90%,

3.8.測量環(huán)境（大氣壓）引起的測量不確定度u8評定——B類評定

測量環(huán)境大氣壓要求在65kPa-108kPa,

3.9.供電電源變化引起的測量不確定度u9評定——B類評定

4、合成測量不確定度

5、結(jié)論

AWA5680型多功能聲級計(jì)（參考頻率1 kHz）的測量不確定度

AWA5680型多功能聲級計(jì)在頻率范圍為20 Hz-12.5 kHz的測量不確定度

相關(guān)煙花爆竹標(biāo)準(zhǔn)：1.GB 10631-2013《煙花爆竹安全與質(zhì)量》

2.GB/T10632-2004《煙花爆竹抽樣檢查規(guī)則》

3.QB/T 1942-1994《爆竹聲級值的測定》

4.EN15947:2015《歐盟煙花標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊》

5.EN16261:2013《歐盟四類煙花標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊》

6.EN16256:2012《歐盟舞臺(tái)煙花標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊》