汽車排氣污染物檢測用底盤測功機扭力示值誤差、轉(zhuǎn)速示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

黃文虎，劉心德

（1.阜陽市計量測試研究所，安徽 阜陽；2.安徽省計量科學(xué)研究院，安徽 合肥）

概述

底盤測功機扭力示值測量是依據(jù)JJF1221-2009 《汽車排氣污染物檢測用底盤測功機校準(zhǔn)規(guī)范》，在溫度為20℃，相對濕度為65%的條件下，用計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)測力儀等計量設(shè)備對底盤測功機進行測量得到的。測量過程是將專用測力杠桿固定在底盤測功機的規(guī)定位置，調(diào)整好杠桿水平位置及靜平衡，按照滿量程的20%，40%，60%，80%、100%選取校準(zhǔn)點，在每一校準(zhǔn)點記錄下底盤測功機的示值和標(biāo)準(zhǔn)值，由此計算出底盤測功機的扭力示值誤差。

1 底盤測功機扭力示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

1.1 數(shù)學(xué)模型

式中：WJ—— 扭矩示值誤差（%）

F—— 三次加載的底盤測功機的平均示值(N）

F—— 標(biāo)準(zhǔn)測力儀力值（N）

R—— 底盤測功機滾筒半徑（mn）

L—— 專用測力杠桿長度（mn）

α—— 專用測力杠桿與加載作用力不垂直偏角（°）

1.2 方差

根據(jù)方程：

1.3 靈敏系數(shù)

1.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

1.4.1 A 類不確定度評定

對一臺性能穩(wěn)定的底盤測功機施加1960N 的標(biāo)準(zhǔn)扭力，且在相同的條件下等精度獨立測量10 次（杠桿比為1:10），結(jié)果見表1 和圖1。

圖1 扭力示值重復(fù)性測量隨機誤差示意圖

表1 扭力示值重復(fù)性測量一覽表

由貝塞爾公式計算出單次測量的實驗標(biāo)準(zhǔn)差：s=1.37(N)

實際測量時取3 次算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，所以標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.4.2 數(shù)顯量化誤差

被校底盤測功機的分辨率是1N，其量化誤差以等概率分布（均勻分布）落在寬度為0.5N 的區(qū)間內(nèi)，考慮其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

底盤測功機扭力示值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.4.3 底盤測功機滾筒直徑引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

1.4.3.1 游標(biāo)卡尺引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

測功機滾筒直徑由游標(biāo)卡尺測得，游標(biāo)卡尺示值誤差為±0.05 mm，所以：a=0.05(mm)

假設(shè)為均勻分布，游標(biāo)卡尺引入的不確定度為：

1.4.3.2 測量時游標(biāo)卡尺與滾筒軸線不垂直引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

用游標(biāo)卡尺測量滾筒直徑時，游標(biāo)卡尺所測直線與滾筒軸線不完全垂直，一般不垂直度不超過5°，滾筒直徑為216 mm，則引起的半徑誤差為：

為均勻分布，游標(biāo)卡尺與滾筒軸線不垂直引入的不確定度為0.42/1.732=0.25（mm）

底盤測功機滾筒半徑引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.5 標(biāo)準(zhǔn)測力儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)測力儀為0.3 級，則其引入的不確定度為：

1.6 專用測力杠桿引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

假設(shè)為均勻分布，專用測力杠桿引入的不確定度為：

1.7 專用測力杠桿與加載作用力不垂直偏角引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

在整個施加拉力過程中，底盤測功機受力部件微小變形會使?jié)L筒發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，則引起安置在其上的專用測力杠桿發(fā)生傾斜（偏離水平），這樣實際力臂長度發(fā)生變化。經(jīng)實測，一般變化角度不大于3°，按反正弦分布考慮，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

1.8 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表，見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

以上分量相互獨立，計算合成不確定度：

1.9 相對擴展不確定度

取k=2,則：

底盤測功機轉(zhuǎn)速示值測量是依據(jù)JJF1221-2009《汽車排氣污染物檢測用底盤測功機校準(zhǔn)規(guī)范》在在溫度為20 ℃，相對濕度為65%的條件下用計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備非接觸式多功能速度儀，對 底盤測功機進行轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)。測量過程是選取25 km/h、40 km/h、48 km/h、70 km/h 作為校準(zhǔn)點，驅(qū)動滾筒加速至校準(zhǔn)點，待速度穩(wěn)定后，連續(xù)記錄三次25 km/汽車底盤測功機速度示值和標(biāo)準(zhǔn)速度儀的值。然后計算出速度的相對示值誤差。

2 底盤測功機轉(zhuǎn)速示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

2.1 數(shù)學(xué)模型

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源及評定

2.2.1 被檢測功機示值誤差引入的不確定度Um主要來源于測功機的測量重復(fù)性

對一臺性能穩(wěn)定的底盤測功機在40 km/h 的測量點，且在相同的重復(fù)性條件下獨立測量10 次，結(jié)果見表3。

表3 轉(zhuǎn)速示值重復(fù)性測量一覽表

由貝塞爾公式計算出單次測量的實驗標(biāo)準(zhǔn)差：s=0.095 km/h

實際測量時取3 次算術(shù)平均值作為測量結(jié)果所以標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)速度計的標(biāo)準(zhǔn)不確定度US

根據(jù)上級校準(zhǔn)證書得到，標(biāo)準(zhǔn)速度計的相對擴展不確定度為：

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表，如表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

以上分量相互獨立，計算合成不確定度：

2.4 相對擴展不確定度

取k=2,則：

3 結(jié)論

通過對測功機的扭力示值誤差、轉(zhuǎn)速示值誤差進行標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A 類和B 類評定，進而評定測量結(jié)果不確定度，依據(jù)JJF1221-2009《汽車排氣污染物檢測用底盤測功機校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF1059.1-2012《測量不確定度評定及表示》，符合要求。