汽車排氣污染物檢測(cè)用底盤測(cè)功機(jī)扭力示值誤差、轉(zhuǎn)速示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

黃文虎，劉心德

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

概述

底盤測(cè)功機(jī)扭力示值測(cè)量是依據(jù)JJF1221-2009 《汽車排氣污染物檢測(cè)用底盤測(cè)功機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》，在溫度為20℃，相對(duì)濕度為65%的條件下，用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀等計(jì)量設(shè)備對(duì)底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行測(cè)量得到的。測(cè)量過程是將專用測(cè)力杠桿固定在底盤測(cè)功機(jī)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(diǎn)，在每一校準(zhǔn)點(diǎn)記錄下底盤測(cè)功機(jī)的示值和標(biāo)準(zhǔn)值，由此計(jì)算出底盤測(cè)功機(jī)的扭力示值誤差。

1 底盤測(cè)功機(jī)扭力示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)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(cè)功機(jī)的平均示值(N）

F—— 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀力值（N）

R—— 底盤測(cè)功機(jī)滾筒半徑（mn）

L—— 專用測(cè)力杠桿長度（mn）

α—— 專用測(cè)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(píng)定

1.4.1 A 類不確定度評(píng)定

對(duì)一臺(tái)性能穩(wěn)定的底盤測(cè)功機(jī)施加1960N 的標(biāo)準(zhǔn)扭力，且在相同的條件下等精度獨(dú)立測(cè)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(cè)量隨機(jī)誤差示意圖

表1 扭力示值重復(fù)性測(cè)量一覽表

由貝塞爾公式計(jì)算出單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：s=1.37(N)

實(shí)際測(cè)量時(shí)取3 次算術(shù)平均值作為測(cè)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(cè)功機(jī)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(cè)功機(jī)扭力示值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.4.3 底盤測(cè)功機(jī)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(cè)功機(jī)滾筒直徑由游標(biāo)卡尺測(cè)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(cè)量時(shí)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(cè)量滾筒直徑時(shí)，游標(biāo)卡尺所測(cè)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(cè)功機(jī)滾筒半徑引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

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

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀為0.3 級(jí)，則其引入的不確定度為：

1.6 專用測(cè)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(cè)力杠桿引入的不確定度為：

1.7 專用測(cè)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(gè)施加拉力過程中，底盤測(cè)功機(jī)受力部件微小變形會(huì)使?jié)L筒發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，則引起安置在其上的專用測(cè)力杠桿發(fā)生傾斜（偏離水平），這樣實(shí)際力臂長度發(fā)生變化。經(jīng)實(shí)測(cè)，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(dú)立，計(jì)算合成不確定度：

1.9 相對(duì)擴(kuò)展不確定度

取k=2,則：

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

2 底盤測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源及評(píng)定

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

對(duì)一臺(tái)性能穩(wěn)定的底盤測(cè)功機(jī)在40 km/h 的測(cè)量點(diǎn)，且在相同的重復(fù)性條件下獨(dú)立測(cè)量10 次，結(jié)果見表3。

表3 轉(zhuǎn)速示值重復(fù)性測(cè)量一覽表

由貝塞爾公式計(jì)算出單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：s=0.095 km/h

實(shí)際測(cè)量時(shí)取3 次算術(shù)平均值作為測(cè)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(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度US

根據(jù)上級(jí)校準(zhǔn)證書得到，標(biāo)準(zhǔn)速度計(jì)的相對(duì)擴(kuò)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(dú)立，計(jì)算合成不確定度：

2.4 相對(duì)擴(kuò)展不確定度

取k=2,則：

3 結(jié)論

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