李振　劉金龍

摘 要：測量不確定度對發(fā)動機(jī)性能評定有著重要影響。根據(jù)性能試驗方法的要求，確定影響不確定度的分量并建立數(shù)學(xué)模型。在發(fā)動機(jī)試驗臺架上按照確定好的方法進(jìn)行測量。對試驗數(shù)據(jù)分析處理后得到各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，再算出合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。為后續(xù)汽油發(fā)動機(jī)臺架測量的有效功率不確定評定提供參考。

關(guān)鍵詞：測量不確定度 有效功率 評定

1 引言

測量不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)。20世紀(jì)60年代學(xué)術(shù)界提出用不確定度取代“誤差”表示測量準(zhǔn)確度的建議，70年代逐漸得到應(yīng)用。測量不確定度在檢測、校準(zhǔn)、檢定以及生產(chǎn)質(zhì)量控制過程中都有廣泛的應(yīng)用。中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）體系文件中明確要求開展檢測的實驗室應(yīng)評定測量不確定度。由此可見通過CNAS認(rèn)可的試驗室，測量不確定度的評定是必須完成的一項工作。同時也是試驗室質(zhì)量控制工作中關(guān)鍵一項。

測量不確定度一般由若干分量組成，其中一些分量可根據(jù)一系列測量值的統(tǒng)計分布，按測量不確定度的A類評定進(jìn)行評定。在A類評定中的測量值一般認(rèn)為服從正態(tài)分布并可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。而另一些分量用非統(tǒng)計的方法評定，這類方法稱為B類評定。在B類評定中不能確定的分布類型一般按照均勻分布對待，一般從測量儀器的最大允差和最大估計誤差兩方面來進(jìn)行評定。測量結(jié)果可以理解為被測量之值的最佳估計，而所有的不確定度分量均貢獻(xiàn)給了分散性。當(dāng)測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由若干標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量構(gòu)成時，按方和根進(jìn)行（加權(quán)）合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2 測試條件及設(shè)備信息

2.1 環(huán)境條件

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況：干空氣壓力為99kPa，進(jìn)氣溫度為25℃。若現(xiàn)場環(huán)境狀況偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況，按GB/T 18927-2001第5.3條的規(guī)定的公式對功率進(jìn)行修正。

（為干空氣壓力，T為溫度）

2.2 測試儀器

發(fā)動機(jī)臺架使用的測試設(shè)備見表1

2.3 測試對象及項目

測試樣機(jī)編號為8LA0920675，測試項目為汽油發(fā)動機(jī)有效功率。

3 數(shù)學(xué)模型和評定方法的選擇

3.1 數(shù)學(xué)模型

由四沖程發(fā)動機(jī)功率的計算公式可得到如下模型

—汽油發(fā)動機(jī)的有效功率（kW）;—汽油發(fā)動機(jī)的有效扭矩（N·m）;n —汽油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）

3.2 不確定度評定方法的選擇

由功率測量的試驗方法和設(shè)備信息可以得出發(fā)動機(jī)功率的不確定度來源主要有：

①相同試驗條件下，有限次重復(fù)測量引起的不確定度。

②測量儀器引起的不確定度，主要是測試臺架的轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器。

③標(biāo)定杠桿和標(biāo)定砝碼以及轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)儀表等標(biāo)準(zhǔn)器具引起的不確定度。

④測量人員的習(xí)慣不同引起的不確定度。

⑤被測對象的取樣代表性不夠引起的不確定度。

由于在相同試驗條件下由同一人員對同一發(fā)動機(jī)進(jìn)行功率測試，④⑤項不確定度分量可不做考慮。而標(biāo)準(zhǔn)器具一直由第三方計量機(jī)構(gòu)定期校準(zhǔn)，此項的不確定分量影響很小。因此將從①②項來源來進(jìn)行不確定度的評定。有限次重復(fù)測量引起的不確定度按A類評定，儀器設(shè)備引起的不確定度按B類評定。

4 求汽油發(fā)動機(jī)有效扭矩的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（Me0）

4.1 扭矩重復(fù)性測量引起的不確定度分量u1（Me0）（A類評定）

4.1.1 對汽油發(fā)動機(jī)扭矩及轉(zhuǎn)速進(jìn)行m （取m=10）次獨立測量（即每次重新安裝發(fā)動機(jī)，對儀表重新調(diào)零，對汽油發(fā)動機(jī)油門重新鎖定在最大供油位置），扭矩測量結(jié)果見表2，轉(zhuǎn)速測量結(jié)果見表3。

4.1.2 汽油發(fā)動機(jī)扭矩測量值的平均值

4.1.3 不確定度分量u1（Meo）的計算

4.2 扭矩測量傳感器引起的不確定度分量u2（Meo）（B類評定）

根據(jù)出廠技術(shù)參數(shù)得知，該測功機(jī)扭矩值最大允許誤差為±0.05%FS，測量范圍為（-1000～1000）N·m，則0.50N·m，按矩形分布選取包含因子為，α—為變化區(qū)間的半寬。

=0.29 N·m

4.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度

=0.31N·m

5 求汽油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（n）

5.1 轉(zhuǎn)速重復(fù)性測量引起的不確定度分量u1（n）（A類評定）

5.1.1 對汽油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表3。

5.1.2 汽油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測量值的平均值

5.1.3 不確定度分量u1（n）的計算

5.2 轉(zhuǎn)速測量傳感器引起的不確定度分量u2（n）（B類評定）

根據(jù)出廠技術(shù)參數(shù)得知，該測功機(jī)轉(zhuǎn)速最大允許誤差為±0.05%FS，測量范圍為（0～10000）r/min，則5.00r/min，按矩形分布選取包含因子為，α—為變化區(qū)間的半寬。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（N）

=2.89r/min

6 有效功率的測量結(jié)果

=68.23kW

7 有效功率測量值的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（pe0）

由數(shù)學(xué)模型知，靈敏系數(shù)

0.6074 r/min;

0.0118 N·m

則合成不確定度為

=0.19kW

8 有效功率測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

取，=0.38kW

9 結(jié)論

按不確定度A類評定和B類評定方法并分析影響不確定分量的因素，確定了以有限次重復(fù)測量引起的不確定度和測量儀器引起的不確定度為分量來進(jìn)行發(fā)動機(jī)有效功率的不確定評定。經(jīng)過分析發(fā)動機(jī)臺架測量數(shù)據(jù)和測試設(shè)備的參數(shù)信息，算出各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和有效功率的合成不確定度。該汽油發(fā)動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時，有效功率的測量結(jié)果為：Pe0=68.23kW，U=0.38kW，k=2。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示 [S].

[2]CNAS-CL01-G003測量不確定度的要求 [S].

[3]GB/T 18297—2001 汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法[S].