柴油机噪声测量不确定度评定

朱　建/四川省农机鉴定站



柴油机噪声测量不确定度评定

朱建/四川省农机鉴定站

不确定度是指由于测量误差的存在，对被测量值不能肯定的程度，反过来，也表明该结果的可信赖程度，它是测量结果质量的指标。测量不确定度对测量结果的准确性、有效性、可信性提供定量的说明，保证对测量结果做出更为科学的评价。在报告物理量测量的结果时，必须给出相应的不确定度，一方面便于使用它的人评定其可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性。

柴油机噪声是评价柴油机环保性能一项重要性能指标，在现行的国家、行业标准中也大多将其归类于关键项目或A类项目，因此准确测量柴油机噪声水平成为评价产品质量优劣的重要依据。柴油机噪声是指柴油机在稳定运转工况下的“A”计权声功率级，在测量时由于涉及的影响因素包括仪器、环境、人员等各个方面，因此对其测量结果的不确定度评价较为复杂。笔者以ZS1115柴油机在内燃机测试系统中的测试为例，评定噪声测试结果的不确定度。

1　概述

1.1测量依据：GB/T 1859-2000《往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法》

1.2测量环境条件：CW100型电涡流测功机，大气压为96.1 kPa，温度为30.2℃，湿度为88.8%。

1.3测试仪器:：HS5670积分声级计

1.4测试样品：ZS1115柴油机

1.5测试方法：工程法

2数学模型

2.1表面声压级的测量与计算

式中：L-pA为表面声压级，单位为dB；Lpi为背景噪声修正后第i个测点处的声压级，单位为dB；N为测量位置总数，N= 9；K为测量表面平均环境修正值，单位为dB。

2.2声功率级计算

式中：LwA为声功率级，单位为dB；S0为基准值，S0=1 m2；S1为测量表面积，单位为m2。

l

1

、l

2

、l

3

为矩形基准体的长、宽、高；d为1 m。

2.3被测量声功率级与各输入量之间的函数关系

LwA=LpA+10lg4(ab+bc+ca)+δi

式中：δi为修正系数因子等引入的不确定度分量。

3不确定度的组成

3.1 A类标准不确定度

测量重复性引入的不确定度。

3.2 B类标准不确定度

a.积分声级计校准不确定度

b.活塞发声器校准不确定度

c.活塞发声器的声压精确度

d.仪表分辨力误差

e.修正值

f.测量表面面积和气候条件

4标准不确定度的评定

4.1 A类标准不确定度的评定

试验中对内燃机声功率作6次独立测量，得到的结果为：LWA1=109.52、LWA2=109.79、LWA3=109.57、LWA4=109.61、LWA5=109.46、LWA6=109.71

所以其最佳估计值(算数平均值)为：

根据贝塞尔公式计算单次测量的标准不确定度为

4.2标准不确定度B类评定

当输入量的估计量xi不是由重复观测得到时，其标准偏差可用对xi的有关信息或资料来评定。

4.2.1积分声级计校准不确定度引起的不确定度分量u1

由检定证书可知：本次积分声级计校准的最佳扩展不确定度为0.4 dB，服从正态分布，取k=2

4.2.2活塞发声器校准不确定度引起的不确定度分量u2

由检定证书可知：本次活塞发声器校准的最佳扩展不确定度为0.1 dB，服从正态分布，取k=2

4.2.3活塞发声器的声压精确度引起的不确定度分量u3

NX6型活塞发声器说明书表明，其声压精确度为±0.2 dB，则其声压精确度引起的测量不确定度为0.2 dB，服从均匀分布。

包含因子

4.2.4仪表分辨力误差引起的不确定度分量u4

HS5670积分声级计的显示精度为0.1 dB，则仪表分辨力误差引起的测量不确定度为0.05 dB，服从均匀分布。

包含因子

4.2.5修正值所引起的不确定度分量u5

Lpi为背景噪声修正后第i个测点处的声压级，由于被测噪声与背景噪声之差远大于10 dB，故其不需修正。

K为测量表面平均环境修正值，由中国测试技术研究院给出的修正值K=0.7 dB，其精度误差引起的测量不确定度为0.05 dB，服从均匀分布。

包含因子

4.2.6现场环境状况下测量(声功率级测量结果不修正)引起的标准不确定度u(LWD1)数学模型

式中：C为现场环境状况下的声功率级修正值，dB；t为环境温度，℃；P为大气压，kPa。由于声功率级测量结果不修正，且t与P彼此独立，因此

经计算，现场环境状况下对声功率级差别可忽略不计。

4.3标准不确定度分量的计算

输入量的标准不确定度u(xi)引起的对y的标准不确定度分量ui(L)为

5合成不确定度uc(L)的计算

5.1各输入量之间均不相关，r(xi，xj)=0，于是可简化为：

5.2将不确定度分量的数据代入公式

6扩展不确定度的计算

U=k·u

U=2×0.27=0.54 dB

7报告结果

单次测量测得值的扩展不确定度U为：U=0.54 dB，它是由合成标准不确定度uc(L)乘以包含因子k=2而得到的。

表1　不确定度分量汇总表