一种通风机性能测试不确定度评定方法与流程

1.本发明涉及通风机性能测试技术领域，尤其涉及一种通风机性能测试不确定度评定方法。


背景技术：

2.在制备获取通风机后，通常通过通风机性能测试进行通风机的性能考核，了解通风机的性能情况。在通风机性能测试中，各性能参数都是实际测量得到数据后，再通过对这些数据进行换算、处理，然后得出测试结果。然而，在测试过程中，由于测试方法、仪器本身的精确度和分辨率、环境以及人为等因素，使得测试结果与真值存在一定偏差。相应地，测量结果的质量与相关误差相关联，因此，可以根据测量不确定度，表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相关联的参数，用以衡量测试结果的质量和可信度。
3.但是，不确定度理论是较新的一个理论，导致不确定度评定人员无法利用测量关系时进行不确定度来源的全面分析和计算，难以保证测量结果不确定度的准确评定。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种通风机性能测试不确定度评定方法。
5.一种通风机性能测试不确定度评定方法，包括以下步骤：选取通风机性能测试的测试方法、测试仪器和测试原理，确定对应的输入量和被测量，根据测试原理建立数学模型，确定输入量与被测量的函数关系，所述被测量包括风机流量、风机压力和风机效率；评定输入量的a类不确定度和/或b类不确定度，并根据所述a类不确定度/或和b类不确定度获取标准不确定度；根据不确定度传播率，将输入量的标准不确定度合成输出量的不确定度；根据概率分布确定包含因子，根据包含因子和输出量的不确定度，计算获取输出量的扩展不确定度，根据所述扩展不确定度获取评定结果。
6.进一步地，所述风机流量对应的输入量包括喉道直径、进口密度、压差和复合系数；其中，所述喉道直径同时进行a类不确定度和b类不确定度评定；所述进口密度、压差和复合系数进行b类不确定度评定。
7.进一步地，所述风机流量的测量原理是根据流体通过喷嘴节流装置，使部分压力能转换为动能而产生的压差信号，由流体连续性方程和伯努利方程获取质量流量方程为：
[0008][0009]
其中，qm表示质量流量，单位为kg
·
s-1
；d5表示喉道直径，单位为m；ρ7表示大气密度，单位为kg
·
m-3
；
△
p表示差压，单位为pa；α表示流量系数，ε表示膨胀系数：
[0010]
qm＝f(d5,ρ7,
△
p,αε)
[0011][0012]
设和则有：
[0013]
u2(qm)＝c
12
u2(d5)+c
22
u2(ρ7)+c
32
u2(
△
p)+c
42
u2(αε)
[0014]
根据上式可知，风机流量的不确定度u(qm)来源于u(d5)、u(ρ7)、u(
△
p)和u(αε)，即喉道直径、进口密度、压差和复合系数。
[0015]
进一步地，所述喉道直径d5的标准不确定度计算具体包括：采用内径千分尺，对喉道直径进行多次重复独立测量，根据精度合格的测量结果计算喉道直径的a类不确定度，计算公式为：
[0016][0017]
根据区间半宽度和包含因子计算获取喉道直径的b类不确定度，公式为：
[0018][0019]
其中，a1表示区间半宽度，k1为包含因子；根据喉道直径的a类不确定度和喉道直径的b类不确定度，计算获取喉道直径的标准不确定度，公式为：
[0020][0021]
进一步地，所述进口密度ρ7的标准不确定度计算具体包括：采用温湿度计测量获取相对湿度、干球温度计温度td和环境温度ta，采用大气压力用绝压变送器测量获取大气压pa，对应的进口密度计算公式为：
[0022][0023]
其中，θa表示环境温度，pa为大气压，rw为气体常数，表示为：
[0024][0025]
pv＝hu(p
sat
)
td
[0026]
其中，hu为相对湿度，pv为水蒸气分压，(p
sat
)
td
为采用td代替湿球温度tw时的饱和蒸汽压力；进口密度ρ7的标准不确定度计算公式为：
[0027][0028][0029]
其中，u(ρ7)表示进口密度ρ7的标准不确定度。
[0030]
进一步地，所述压差
△
p的标准不确定度计算具体包括：采用量程为200pa、精度等级为0.5级的差压变送器，对压差进行测量；根据测量获取的压差和精度等级计算获取压差的标准不确定度：
[0031][0032]
其中，d表示精度等级。
[0033]
进一步地，所述复合系数αε的标准不确定度计算，具体包括：
[0034]
αε＝αε
max
[0035]
雷诺数为：
[0036][0037]
根据所述雷诺数的大小，确定复合系数的基本不确定度，根据所述复合系数的基本不确定度，确定对应的附加不确定度；根据所述复合系数的基本不确定度和附加不确定度，获取复合系数的标准不确定度。
[0038]
进一步地，所述风机流量的扩展不确定度计算，具体包括：
[0039][0040][0041]
相对标准不确定度为：
[0042][0043]
取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故对应的扩展不确定度为：
[0044]
ur(qm)＝k
×
ur(qm)。
[0045]
进一步地，所述风机压力的扩展不确定度计算具体包括：采用差压变送器作为测量仪器，且ur＝0.06％，k＝2；通风机压力相对标准不确定度为：
[0046]
ur(pf)r＝ur(pe)
[0047]
其中，pf为通风机压力，pe为表压；取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，，故对应的
扩展不确定度为：
[0048]
ur(pf)＝k
×
ur。
[0049]
进一步地，所述风机效率的扩展不确定度计算具体包括：选用量程为500pa的差压变送器作为测量仪器，u
rel
＝0.06％,k＝2；功率测量采用电测法，电参数测量仪测量功率为ur＝0.1％,k＝2；通风机空气功率相对标准不确定度为：
[0050][0051]
其中，pu为通风机空气功率，pf为通风机压力；输入功率标准不确定度为：
[0052][0053]
通风机效率相对标准不确定度为：
[0054][0055]
取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故对应的扩展不确定度为：
[0056]
ur(ηr)＝j
×
ur(ηr)
[0057]
其中，ηr为通风机叶轮效率，pr为叶轮功率。
[0058]
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：通过选取通风机性能测试的测试方法、仪器和原理，确定对应的输入量和被测量，根据测量原理建立数学模型，确定输入量与被测量的函数关系，其中，被测量包括风机流量、风机压力和风机效率的测试；评定输入量的a类不确定度和/或b类不确定度，并根据a类不确定度和/或b类不确定度获取标准不确定度；根据不确定度传播率，将输入量的不确定度合成输入量不确定度；根据概率分布确定包含因子，根据包含因子和输出量的不确定度，计算获取输出量的扩展不确定度，根据扩展不确定度获取评定结果，从而能够对通风机性能测试的不确定度来源进行全面分析和计算，确保测量结果不确定度的准确评定。
附图说明
[0059]
图1为一个实施例中一种通风机性能测试不确定度评定方法的流程示意图。
具体实施方式
[0060]
为了使本发明更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0061]
如图1所示，提供了一种通风机性能测试不确定度评定方法，包括以下步骤：
[0062]
步骤s101，选取通风机性能测试的测试方法、测试仪器和测试原理，确定对应的输入量和被测量，根据测试原理建立数学模型，确定输入量与被测量的函数关系，被测量包括风机流量、风机压力和风机效率。
[0063]
具体地，在进行通风机性能测试时，需要选取对应的测试方法、测试仪器和测试原理，并确定对应的输入量和被测量，由于通风机性能测试主要包括对风机流量、风机压力和风机效率三个参数，因此，被测量确定为上述三个参数，对应的输入量为上述三个参数的影
响因素；基于测试原理建立对应的数学模型，并根据测试方法、测试仪器和测试原理进行测试，获取多个输入量，根据数据模型构建多个输入量与被测量之间的函数关系。
[0064]
其中，风机流量对应的输入量包括喉道直径、进口密度、压差和复合系数。
[0065]
具体地，风机流量的影响因素存在多个，分别为喉道直径、进口密度、压差和复合系数，因此在计算风机流量的不确定度时，可以根据上述影响因素分别计算出对应的不确定度，再根据所有影响因素的不确定度获取风机流量的不确定度。
[0066]
步骤s102，评定输入量的a类不确定度和/或b类不确定度，并根据a类不确定度和/或b类不确定度获取标准不确定度。
[0067]
其中，喉道直径同时进行a类不确定度和b类不确定度评定，进口密度、压差和复合系数进行b类不确定度评定。
[0068]
具体地，在进行不确定度计算时，首先需要根据输入量确定需要评定的输入量的a类不确定度和/或b类不确定度，并根据a类不确定度和/或b类不确定度获取标准不确定度。例如，本发明中喉道直径需要进行a类不确定度和b类不确定度的评定，并根据a类不确定度和b类不确定度合成获取标准不确定度；而其余风机流量影响因素、风机压力和风机效率，均仅进行b类不确定度的评定，将b类不确定度认定为标准不确定度。
[0069]
步骤s103，根据不确定度传播率，将输入量的标准不确定度合成输出量的不确定度。
[0070]
具体地，当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度，称为合成标准不确定度，所用的合成方法称为不确定度传播率。例如，在进行风机流量不确定度计算时，需要根据喉道直径、进口密度、压差和复合系数，求取风机流量不确定度，此时就需要根据合成方法，将各输入量的不确定度合成输出量的不确定度。
[0071]
步骤s104，根据概率分布确定包含因子，根据包含因子和输出量的不确定度，计算获取输出量的扩展不确定度，根据扩展不确定度获取评定结果。
[0072]
具体地，根据概率分布确定包含因子，根据包含因子和输出量的不确定度，计算获取扩展不确定度，包括有风机流量、风机压力和风机效率的扩展不确定度，即为对应的评定结果，从而实现对输出量的不确定度的全面分析和计算，确保输出量不确定度评定的准确性。
[0073]
其中，包含因子指的是为求得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘之数字因子，它在数值上等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比。
[0074]
在本实施例中，通过确定通风机性能测试的测试方法、仪器、原理和参数的计算公式，根据测试方法和仪器获取各输入量，并根据测试原理建立数学模型，确定各输入量与被测量的函数关系，其中，通风机性能测试的主要参数包括风机流量、风机压力和风机效率的测试；评定各输入量的a类不确定度和/或b类不确定度，并根据a类不确定度和/或b类不确定度获取标准不确定度；根据不确定度传播率，将各输入量的不确定度合成输入量不确定度；根据概率分布确定包含因子，计算扩展不确定度，根据扩展不确定度获取评定结果，从而能够对通风机性能测试的不确定度来源进行全面分析和计算，确保测量结果不确定度的准确评定。
[0075]
在一个实施例中，通风机性能测试的性能测试装置采用c型测试装置，当然也可以
采用a型测试装置、b型测试装置和d型测试装置；流量测量方式采用锥形集流器。本发明对通风机测得的主要性能参数包括风机流量、风机压力和风机效率，进行不确定度分析和评估，试验中通过计算机自动采集的各参数值表见表1。
[0076]
表1自动采集的各参数值
[0077][0078]
其中，计算机自动采集系统进行采集数据时，采集的数据均是取30秒内的平均值，所以基本参数的a类不确定度相较于b类不确定度可以忽略不计，本发明对除喉道直径外的其他基本参数进行不确定度的分析，主要依据测试仪器的技术参数进行b类不确定度的评定。
[0079]
其一，对风机流量不确定度的评定，具体包括：风机流量的测量原理是根据流体通过喷嘴节流装置，使部分压力能转变为动能而产生差压信号，由流体连续性方程和伯努利方程推导得到质量流量方程为：
[0080][0081]
其中，qm表示质量流量，单位为kg
·
s-1
；d5表示喉道直径，单位为m；ρ7表示大气密度，单位为kg
·
m-3
；
△
p表示差压，单位为pa；α表示流量系数，ε表示膨胀系数：
[0082]
qm＝f(d5,ρ7,
△
p,αε)
[0083][0084]
设和则有：
[0085]
u2(qm)＝c
12
u2(d5)+c
22
u2(ρ7)+c
32
u2(
△
p)+c
42
u2(αε)
[0086]
根据上式可知，风机流量的不确定度u(qm)来源于u(d5)、u(ρ7)、u(
△
p)和u(αε)，即喉道直径、进口密度、压差和复合系数。
[0087]
因此，对喉道直径d5的标准不确定度进行计算，具体包括：采用内径千分尺，对喉道直径进行多次重复独立测量，根据精度合格的测量结果计算喉道直径的a类不确定度，计
算公式为：
[0088][0089]
根据区间半宽度和包含因子计算获取喉道直径的b类不确定度，公式为：
[0090][0091]
其中，a1表示区间半宽度，k1为包含因子；根据喉道直径的a类不确定度和喉道直径的b类不确定度，计算获取喉道直径的标准不确定度，公式为：
[0092][0093]
具体地，对喉道直径d5进行6次重复独立测量，喉道直径以圆周均布划分6个点，测量结果见表2。
[0094]
表2喉道直径d5进行6次重复独立测量结果
[0095][0096]
根据表2的数据，计算可得喉道直径的a类不确定度，为：
[0097][0098][0099]
由于精度导致的不确定度服从均匀分布，因此，设区间半宽度为a1＝0.005mm，则喉道直径的b类不确定度ub(d5)，为：
[0100][0101]
将喉道直径的a类不确定度和b类不确定度合成标准不确定度，为：
[0102][0103]
其中，对进口密度ρ7的标准不确定度计算具体包括：采用温湿度计测量获取相对湿度、干球温度计温度td和环境温度ta，采用大气压力用绝压变送器测量获取大气压pa，对应的进口密度ρ7计算公式为：
[0104]
[0105]
其中，θa表示环境温度，pa为大气压，rw为气体常数，表示为：
[0106][0107]
pv＝hu(p
sat
)
td
[0108]
其中，hu为相对湿度，pv为水蒸气分压，(p
sat
)
td
为采用td代替湿球温度tw时的饱和蒸汽压力；进口密度ρ7的标准不确定度计算公式为：
[0109][0110][0111]
其中，u(ρ7)表示进口密度ρ7的标准不确定度。
[0112]
具体地，根据温湿度计测得：温度：u＝0.3℃，k＝2；湿度：u＝2％rh，k＝2；根据大气压力用绝压变送器测得：ur＝2％，k＝2。
[0113][0114]
其中，气体常数
[0115]
上式中：pv＝hu(p
sat
)
td
[0116]
＝hu(610.8+44.442tw+1.4133t
w2
+0.02768t
w3
+2.55667
×
10-4
t
w4
+2.89166
×
10-6
t
w5
)(p
sat
)
td
是用td代替tw时计算的干球温度td下的饱和蒸汽压力，所以：
[0117]
pv＝58％
×
(610.8+44.442
×
32.2+1.4133
×
32.22+0.02768
×
32.23+2.55667
×
10-4
×
32.24+2.89166
×
10-6
×
32.25)＝2787.625pa
[0118]
即
[0119]
所以，
[0120][0121]
其中，对压差
△
p的不确定度计算具体包括：采用量程为200pa、精度等级为0.5级的差压变送器，对压差进行测量；根据测量获取的压差和精度等级计算获取压差的标准不确定度：
[0122][0123]
式中，d表示精度等级。
[0124]
具体地，压差的标准不确定度为：u2(δp)＝0.0128。
[0125]
其中，对复合系数αε的标准不确定度计算，具体包括：
[0126]
αε＝αε
max
[0127]
雷诺数为：
[0128][0129]
根据雷诺数的大小，确定复合系数的基本不确定度，根据复合系数的基本不确定度，确定对应的附加不确定度；根据复合系数的基本不确定度和附加不确定度，获取复合系数的标准不确定度。
[0130]
具体地，
[0131]
雷诺数为：
[0132][0133]
因为r
d5
＝2.521
×
105＜3
×
105，根据gb/t 1236，αε的基本不确定度为1.5％，附加不确定度为
[0134]
所以，
[0135]
u2(αε)＝(1.422
×
10-2
)2＝2.023
×
10-4
[0136]
其中，风机流量qm的扩展不确定度计算，具体包括：
[0137][0138][0139]
相对标准不确定度为：
[0140][0141]
取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故对应的扩展不确定度为：
[0142]
ur(qm)＝k
×
ur(qm)。
[0143]
具体地，风机流量qm的扩展不确定度计算，为：
[0144][0145][0146]
相对标准不确定度
[0147]
合成扩展不确定度，具体为：取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故风机流量对应的扩展不确定度ur(qm)＝2
×
1.39％＝2.78％。
[0148]
其二，风机压力的扩展不确定度计算具体包括：采用差压变送器作为测量仪器，且
ur＝0.06％，k＝2；通风机压力相对标准不确定度为：
[0149]
ur(pf)r＝ur(pe)
[0150]
其中，pf为通风机压力，pe为表压；取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故对应的扩展不确定度为：
[0151]
ur(pf)＝k
×
ur。
[0152]
具体地，风机压力pf的扩展不确定度计算，具体为：
[0153]
ur(pf)r＝ur(pe)＝0.06/2＝0.03％，
[0154]
取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故风机压力对应的扩展不确定度为：ur(pf)＝2
×
0.06％＝0.12％。
[0155]
其三，风机效率的扩展不确定度计算具体包括：选用量程为500pa的差压变送器作为测量仪器，u
rel
＝0.06％,k＝2；功率测量采用电测法，电参数测量仪测量功率为ur＝0.1％,k＝2；通风机空气功率相对标准不确定度为：
[0156][0157]
其中，pu为通风机空气功率，pf为通风机压力；输入功率标准不确定度为：
[0158][0159]
通风机效率相对标准不确定度为：
[0160][0161]
取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故对应的扩展不确定度为：
[0162]
ur(ηr)＝k
×
ur(ηr)
[0163]
其中，ηr为通风机叶轮效率，pr为叶轮功率。
[0164]
具体地，根据gb/t1236，通风机空气功率相对标准不确定度为：
[0165][0166]
输入功率标准不确定度为：
[0167]
通风机效率相对标准不确定度为：
[0168][0169]
合成扩展不确定度，具体为：取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，故风机效率对应的扩展不确定度为：ur(ηr)＝2
×
2.57％＝5.14％。
[0170]
综上，风机流量、风机压力和风机效率对应的扩展不确定度分别为2.78％、0.12％和5.14％，可知，风机压力的测试结果可信度最高，风机流量的可信度次之，风机效率的可信度最低。根据上述方法对通风机性能测试的不确定度来源进行了全面的分析和计算，确保测量结果不确定度的准确评定，有利于根据该测试结果进行后续数据处理，此外，还能够
根据上述方法判断通风机性能测试方法的可靠性。
[0171]
其中，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。