洗衣機電動機噪聲測量不確定度的計算

吳建峰，戚 春，錢今煬

(1．中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海200233;2．中國人民解放軍駐上海航天局中心軍事代表室，上海200240)

在實際測量中很多因素會影響家用洗衣機用旋轉電動機噪聲測量不確定度的值，它是測試人員、測試設備、測試操作規程、測試環境及軟件等幾大因素的綜合，并貫穿于獲得測量結果的整個過程中。

1洗衣機電機噪聲測量不確定度的計算方法

洗衣機電機噪聲的測試按現有的國家標準的規定，應采用GB10069．1-88《旋轉電機噪聲測定方法及限值，噪聲工程測定方法》［2］進行測試，先測試電機的聲壓級噪聲，通過函數關系式計算出電機最終A計權聲功率級噪聲LW。具體計算公式如下:

式中:LW為A計權聲功率級噪聲;為A計平均聲壓級噪聲;s為測量面積，測試采用半球面法測點配置，故 s=2πr2;s0為基準面積，s0=1 m2。

2測量不確定度的來源分析

綜合測量方法及測量環境等因素對測量不確定度的影響可分為以下兩大類:

2．1測量與環境因素對平均聲壓級噪聲影響從而對測量結果不確定度的影響

(1)重復性測試對平均聲壓級噪聲的影響

(2)2230型聲級計校準所帶來的不確定度對平均聲壓級噪聲的影響

(3)2230型聲級計分辨率對平均聲壓級噪聲的影響

(4)環境條件即測試場所的環境反射對平均聲壓級噪聲的影響

(5)溫度、氣壓對平均聲壓級噪聲的影響

2．2測量半徑的誤差對測量結果不確定度的影響

在測試過程中測量半徑是用直尺來確定的，因此不用考慮半徑測量時直尺沒有拉直而引起的誤差，只需考慮顯示誤差，其顯示誤差為±0．5 mm。

噪聲測量的不確定度影響因素如圖1所示。

圖1 測量的不確定度影響因素

綜上所述由分析影響洗衣機電動機噪聲測量不確定度的六大因素和特點可知，重復性測量引起的不確定度應采用A類評定方法，其余幾種因素應采用B類評定方法。

3測量不確定度的評定

3．1測量不確定度的A類分量

A類不確定度是在一系列重復測量中，用統計方法計算的分量。

本文采用某公司的XTD-180型家用洗衣機用旋轉電動機，測試人員相同，測試條件按國標GB10069．1-88［2］的要求進行并保持一致;且測試時保證背景噪聲為17．9 dB(A)。噪聲測試數據如表1所示。

表1 聲壓級噪聲測試數據

由六次測量值通過貝塞爾公式:

3．2測量不確定度的B類分量

凡是不符合統計規律的不確定度稱之為B類不確定度，它主要由儀器設備自身精度限制和其它系統性因素產生。

3．2．1聲級計校準擴展不確定度的影響對測量不確定度的貢獻

查聲級計校準報告得擴展不確定度U95=0．19 dB，由于校準報告無其它可供參考量，故認定校準的不確定度為t分布，置信水準p=95%。

3．2．2 2230型聲級計分辨率對平均聲壓級噪聲的影響對不確定度的貢獻

數字儀器指示裝置的分辨率(δx)是產生不確定度的主要因素。其標準偏差為u=0．29δx。

由2230型聲級計的使用說明書可知，2230型聲級計液晶顯示的分辨率為0．1 dB，故聲級計分辨率引起的不確定度分量 uB2=0．29δx=0．029 dB(A)。

數字儀器顯示的分辨力是可見的、較直觀的，故對其信息來源的可信程度非常高;因此認定其自由度vB2=∞。

3．2．3溫度、氣壓對平均聲壓級噪聲的影響對不確定度的貢獻

測試時環境條件為:溫度17℃、相對濕度60%，由于上海所處的海拔高度約為4 m，故可認為其大氣壓力為100 kPa。由下式:

得K3=0．022 dB(A)，故溫度、氣壓對平均聲壓級噪聲的不確定度分量uB3=K3=0．022 dB(A)。

我們對其信息來源的可信程度為90%;查文獻［1］中表6．3可得自由度 vB3=50。

3．2．4測量半徑誤差對不確定度的貢獻

假設對其信息來源的可信程度為90%;查文獻［1］中表格，查得自由度vB4=50。

3．2．5環境反射對平均聲壓級噪聲的影響對不確定度的貢獻

由于測試的噪聲室是半消音室，為半自由場，因此不考慮其對不確定度的影響。

3．3合成測量不確定度的計算

3．3．1合成不確定度計算

(1)所有測量的聲壓級量的貢獻

由于各標準不確定度分量之間除uB3負相關之外，其余互不相關，故:

(2)測量的聲壓級的貢獻與測量半徑的貢獻是正或負相關

總的合成不確定度uc=uc1±uB4=0．097 8±0．006 dB(A)，取其大值，因此合成不確定度uc=0．103 dB(A)

3．3．2合成不確定度的自由度計算

合成不確定度的自由度計算公式:

經過計算得到合成不確定度的自由度為veff=22。

3．4擴展不確定度的確定

確定包含因子K值，按p=95%，veff=22，查文獻［1］中附錄 A，可得 t95=2．09，所以 k=t95=2．09，擴展不確定度 U=kuc=2．09 ×0．103=0．215 dB(A)

4結 語

噪聲測試中主要的測量不確定度來源為設備的精度，所以測試設備精度越高，越有利于測量的正確性的提高，實踐證明設備需定期計量檢定。由于聲級計放置的環境件(尤其是潮濕)對聲級計傳感器有較大影響，因此在計量檢定后將聲級計置于恒溫室可提高測量系統的有效性，另外在測試之前用經過計量檢定的聲校準器對聲級計進行自檢也很必要。

［1］ JJF1059-1999，測量不確定度評表與表示［S］．

［2］ GB10069．1-88，旋轉電機噪聲測定方法及限值［S］．

［3］ JB/T3758-1996，家用洗衣機用電動機通用技術條件［S］．