一種汽油機有效功率測量不確定度的評定方法

李振　劉金龍

摘 要：測量不確定度對發動機性能評定有著重要影響。根據性能試驗方法的要求，確定影響不確定度的分量并建立數學模型。在發動機試驗臺架上按照確定好的方法進行測量。對試驗數據分析處理后得到各分量的標準不確定度，再算出合成不確定度和擴展不確定度。為后續汽油發動機臺架測量的有效功率不確定評定提供參考。

關鍵詞：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參數。20世紀60年代學術界提出用不確定度取代“誤差”表示測量準確度的建議，70年代逐漸得到應用。測量不確定度在檢測、校準、檢定以及生產質量控制過程中都有廣泛的應用。中國合格評定國家認可委員會（CNAS）體系文件中明確要求開展檢測的實驗室應評定測量不確定度。由此可見通過CNAS認可的試驗室，測量不確定度的評定是必須完成的一項工作。同時也是試驗室質量控制工作中關鍵一項。

測量不確定度一般由若干分量組成，其中一些分量可根據一系列測量值的統計分布，按測量不確定度的A類評定進行評定。在A類評定中的測量值一般認為服從正態分布并可用標準偏差表征。而另一些分量用非統計的方法評定，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行評定。測量結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給了分散性。當測量結果的標準不確定度由若干標準不確定度分量構成時，按方和根進行（加權）合成得到的標準不確定度。

2 測試條件及設備信息

2.1 環境條件

標準環境狀況：干空氣壓力為99kPa，進氣溫度為25℃。若現場環境狀況偏離標準環境狀況，按GB/T 18927-2001第5.3條的規定的公式對功率進行修正。

（為干空氣壓力，T為溫度）

2.2 測試儀器

發動機臺架使用的測試設備見表1

2.3 測試對象及項目

測試樣機編號為8LA0920675，測試項目為汽油發動機有效功率。

3 數學模型和評定方法的選擇

3.1 數學模型

由四沖程發動機功率的計算公式可得到如下模型

—汽油發動機的有效功率（kW）;—汽油發動機的有效扭矩（N·m）;n —汽油發動機的轉速（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備信息可以得出發動機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速傳感器和扭矩傳感器。

③標定杠桿和標定砝碼以及轉速校準儀表等標準器具引起的不確定度。

④測量人員的習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動機進行功率測試，④⑤項不確定度分量可不做考慮。而標準器具一直由第三方計量機構定期校準，此項的不確定分量影響很小。因此將從①②項來源來進行不確定度的評定。有限次重復測量引起的不確定度按A類評定，儀器設備引起的不確定度按B類評定。

4 求汽油發動機有效扭矩的標準不確定度分量u（Me0）

4.1 扭矩重復性測量引起的不確定度分量u1（Me0）（A類評定）

4.1.1 對汽油發動機扭矩及轉速進行m （取m=10）次獨立測量（即每次重新安裝發動機，對儀表重新調零，對汽油發動機油門重新鎖定在最大供油位置），扭矩測量結果見表2，轉速測量結果見表3。

4.1.2 汽油發動機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）

根據出廠技術參數得知，該測功機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—為變化區間的半寬。

=0.29 N·m

4.3 標準不確定度

=0.31N·m

5 求汽油發動機轉速的標準不確定度分量u（n）

5.1 轉速重復性測量引起的不確定度分量u1（n）（A類評定）

5.1.1 對汽油發動機轉速進行測量，數據見表3。

5.1.2 汽油發動機轉速測量值的平均值

5.1.3 不確定度分量u1（n）的計算

5.2 轉速測量傳感器引起的不確定度分量u2（n）（B類評定）

根據出廠技術參數得知，該測功機轉速最大允許誤差為±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—為變化區間的半寬。

5.3 標準不確定度u（N）

=2.89r/min

6 有效功率的測量結果

=68.23kW

7 有效功率測量值的合成標準不確定度uc（pe0）

由數學模型知，靈敏系數

0.6074 r/min;

0.0118 N·m

則合成不確定度為

=0.19kW

8 有效功率測量結果的擴展不確定度

取，=0.38kW

9 結論

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行發動機有效功率的不確定評定。經過分析發動機臺架測量數據和測試設備的參數信息，算出各分量的標準不確定度和有效功率的合成不確定度。該汽油發動機在額定轉速時，有效功率的測量結果為：Pe0=68.23kW，U=0.38kW，k=2。

參考文獻：

[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 汽車發動機性能試驗方法[S].