水泵效率測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定

黃和平 江 璐 任楊波 鄭丙輝 徐華月

（臺(tái)州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)研究院，浙江臺(tái)州318000）

0 引言

水泵效率測(cè)量結(jié)果不確定度是可疑程度定量的表述，是檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)量能力水平上的體現(xiàn)。隨著檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)改革進(jìn)程的推進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的特殊需求和影響非常顯著。根據(jù)2016版《泵產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則》要求，企業(yè)和技術(shù)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)按照GB/T 3216—2016《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)》進(jìn)行定級(jí)，并滿足相應(yīng)要求。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)一臺(tái)IS150-125-315離心泵進(jìn)行測(cè)試，并詳細(xì)分析影響水泵效率的因素，本次不確定度分析可供實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員參考。

1 概述

（1）測(cè)量依據(jù)：JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》和GB/T 3216—2016《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)》。

（2）檢測(cè)方法：使用PTS-3水泵綜合性能測(cè)試臺(tái)測(cè)量。由電磁流量計(jì)將獲得的信號(hào)輸送給流量測(cè)量?jī)x測(cè)出流量；根據(jù)壓力變送器獲得的信號(hào)，用壓力測(cè)量?jī)x測(cè)量出揚(yáng)程；用扭矩傳感器和扭矩測(cè)量?jī)x測(cè)量出軸功率。

2 測(cè)量對(duì)象

被測(cè)離心泵的性能銘牌參數(shù)：流量Q=200 m3/h，揚(yáng)程H=32 m，轉(zhuǎn)速N=1 450 r/min，進(jìn)出口150 mm，功率30 kW。

3 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備如表1所示。

表1 測(cè)試設(shè)備

4 建立數(shù)學(xué)模型

依據(jù)GB/T 3216—2016，水泵效率的計(jì)算公式為：

式中，η為效率（%）；ρ為水的密度（kg/m3），取1 000 kg/m3；g為重力加速度（m/s2）；Q為流量（m3/h）；H為揚(yáng)程（m）；Pa為軸功率（W）。

5 不確定度來(lái)源分析

5.1 流量Q的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q）引起的不確定度分量u1（η）

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q）由下列三個(gè)不確定度分項(xiàng)構(gòu)成：流量測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q1），電磁流量計(jì)和流量測(cè)量?jī)x準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Q2）、u（Q3）。

5.2 壓力H的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（H）引起的不確定度分量u2（η）

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（H）由下列三個(gè)不確定度分項(xiàng)構(gòu)成：揚(yáng)程測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（H1），壓力變送器和壓力測(cè)量?jī)x準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（H2）、u（H3）。

5.3 軸功率Pa的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Pa）引起的不確定度分量u3（η）

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Pa）由下列三個(gè)不確定度分項(xiàng)構(gòu)成：軸功率測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Pa1），扭矩傳感器和轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Pa2）、u（Pa3）。

6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定

測(cè)試時(shí)做20次數(shù)據(jù)采樣，如表2所示。

表2 IS150-125-315離心泵采樣數(shù)據(jù)

6.1 流量

6.1.1 u（Q1）的評(píng)定

用A類方法評(píng)定：

6.1.2 u（Q2）的評(píng)定

用B類方法評(píng)定，已知電磁流量計(jì)精度為0.5級(jí)，按均勻分布取K=故電磁流量計(jì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6.1.3 u（Q3）的評(píng)定

6.1.4 u（Q）的評(píng)定

6.2 揚(yáng)程

6.2.1 u（H1）的評(píng)定

用A類方法評(píng)定：

6.2.2 u（H2）的評(píng)定

用B類方法評(píng)定，已知壓力變送器精度為0.2級(jí)，按均勻分布取，故壓力變送器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6.2.3 u（H3）的評(píng)定

用B類方法評(píng)定，已知壓力測(cè)量?jī)x精度為0.2級(jí)，按均勻分布取，故智能壓力測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6.2.4 u（H）的評(píng)定

u（H1）、u（H2）、u（H3）彼此獨(dú)立，不相關(guān)，故：

6.3 軸功率

6.3.1 u（Pa1）的評(píng)定

用A類方法評(píng)定：

6.3.2 u（Pa2）的評(píng)定

用B類方法評(píng)定，已知扭矩傳感器精度為0.5級(jí)，按均勻分布取，故扭矩傳感器器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6.3.3 u（Pa3）的評(píng)定

用B類方法評(píng)定，已知JN-338轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x表精度為0.2級(jí)，按均勻分布取，故轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6.3.4 u（Pa）的評(píng)定

7 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

因?yàn)檩斎肓縌、H、Pa彼此獨(dú)立，不相關(guān)，故合成不確定度為：

8 測(cè)量結(jié)果報(bào)告

水泵效率η的擴(kuò)展不確定度為U=0.74%，它由合成不確定度uc（η）乘以包含因子K=2而得到。

9 結(jié)語(yǔ)

水泵效率測(cè)量不確定度是表示測(cè)量結(jié)果可信度的一個(gè)參數(shù)，影響測(cè)量結(jié)果的因素諸多，本文詳細(xì)描述了在測(cè)量水泵效率時(shí)測(cè)試結(jié)果不確定度的來(lái)源，并對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行了分析。水泵效率的測(cè)量不確定度在實(shí)際工作中有著至關(guān)重要的意義，特別是在驗(yàn)貨檢驗(yàn)、委托檢驗(yàn)和監(jiān)督檢查中的檢驗(yàn)結(jié)果為臨界值時(shí)，更應(yīng)慎重考慮，給出實(shí)驗(yàn)室不確定度，并得到委托方或客戶的認(rèn)可。

[1]回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵 水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)：GB/T 3216—2016[S].

[2]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1—2012[S].

[3]水泵綜合性能試驗(yàn)臺(tái)校準(zhǔn)規(guī)范：JJF（機(jī)械）034—2008[S].

[4]吳安平.水泵效率測(cè)量結(jié)果不確定度的分析與計(jì)算[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2005（6）：33-35.