離心泵測試系統測量精度評定方法研究

張 勝，宋龍波，喬金宇，張振坤

（1.淄博市產品質量監督檢驗所，山東淄博 255000；2.淄博市機電泵類產品質量檢驗研究院，山東淄博 255200）

0 引言

JJFlO59-1999《測量不確定度評定與表示》是測量不確定度的國家通用標準，標準中給出了評定與表示測量不確定度的原則和方法，具有普遍適用性。水泵測試系統不確定度評定是一個具體問題，要求水泵測試人員能深刻理解水泵測試系統工作原理和各測量參數的測量過程，對測量所使用的儀器設備狀態非常了解。本文選取一臺管道離心泵，安裝在離心泵標準測試管路系統中，按照不確定度評定規則，分別對離心泵的流量、揚程、功率、效率的測量不確定度進行評定，從而對離心泵測試系統精度進行評定。

1 不確定度評價方法

根據標準JJFlO59-1999《測量不確定度評定與表示》中的描述[1]：不確定度主要由A類不確定度和B類不確定度組成。

A 類不確定度是隨機誤差對不確定度的貢獻。數量眾多、微小、單獨的影響會引起隨機誤差，該誤差產生不同的測量結果，這些測量結果通常呈現正態曲線分布，通常采用貝塞爾公式進行評定。

貝塞爾公式：

式中：u(x)為測量值的標準偏差；為第i 次的測量值；uˉ為n次測量的算術平均值。

按照水泵測試標準和水泵試驗臺校準規范的規定[2-3]：置信概率取95%，首先對同一測量量的多次測量結果用貝塞爾公式計算，得出該測量量的標準偏差，然后，該測量量的標準偏差的2倍即為該測量量的隨機不確定度。

B類不確定度是系統誤差對不確定度的貢獻。引起系統誤差的主要原因：（1）儀表安裝不得當；（2）不完善的校驗修正；（3）方法誤差；（4）儀表量程選擇不得當；（5）人為誤差。系統誤差是在試驗時保持恒定或表面上不變的誤差，實際的誤差很難測量。B類評定由下式得到：

式中：a為被測量量可能值區間的半寬度；k為包含因子，當置信概率為95%時，k=1.96。

標準不確定度是用均方根方法將A類評定、B類評定加以合成：

不確定度報告中用合成的標準不確定度表示測量量的不確定度測量結果，測量結果以兩位有效數字表示。

2 離心泵測試系統不確定度評定過程

2.1 被測試水泵性能參數

被測試水泵的性能參數如表1所示。

表1 水泵性能參數

2.2 儀器設備

測試過程用到的儀器設備如表2所示。

表2 儀器設備

2.3 各性能參數測量不確定度的估算

2.3.1 建立數學模型

離心泵性能試驗過程中涉及到的參數有：流量、揚程、泵輸入功率、泵輸出功率、泵效率。各參數的數學模型如下。

流量：用電磁流量計直接測量出泵的流量Q。

揚程：揚程是泵的出口總水頭與進口總水頭的差值，具體計算公式如下：

式中：Z1、Z2分別為進、出口截面中心距離基準面的垂直高度，m；P1、P1分別為進、出口處測得的壓力值，Pa；v1、v2分別為進、出口管路中的流速，m3/s。

泵輸入功率：用轉矩轉速傳感器直接測量出泵的輸入功率P=Pa。

泵輸出功率：Pu=ρQgH。

泵效率：η=PuPa。

2.3.2 各性能參數測量不確定度的估算

流量是用電磁流量計測量的體積流量，電磁流量計引起的不確定度可以直接使用電磁流量計的準確度來表示。

泵輸入功率是用扭矩儀直接測量的，扭矩儀引起的不確定度可以直接使用扭矩儀的準確度來表示[5]。

泵輸出功率中，除了揚程、流量外，水的密度和重力加速度是引起不確定度的因素，在試驗過程中，水的密度和重力加速度是定值，不會產生不確定度。只有揚程、流量引起不確定度[6]。

泵效率中考慮揚程、流量、泵輸入功率都會引起不確定度。

分別對各參數的測量不確定度進行估算，結果如圖1～2所示。

圖1 各參數測試數據圖

圖2 Excel表中計算出各參數的不確定度

2.3.3 不確定度估算結果

離心泵測試系統各參數的不確定度估算值與標準GB/T3216-2016 中規定的不確定度數值作對比，對比結果如表3和圖3所示。從圖中可以得出，離心泵測試系統各參數的不確定值均在標準GB/T3216-2016規定的1級精度范圍內。

表3 不確定度對比結果

圖3 不確定度對比曲線圖

3 結束語

本文對離心泵測試系統的不確定度進行了評定。按照不確定度評定規則，分別對離心泵試驗過程中各測量參數進行不確定度評定。評定結果表明，各測量參數的不確定度均在標準GB/T 3216-2016 規定的1 級精度范圍內，因此，淄博市機電泵類產品質量檢驗研究院的離心泵測試系統的測量精度達到1級精度要求。本文提供的離心泵各測量參數不確定度評定方法，為其他水泵檢驗機構和水泵生產企業的離心泵測試系統測量精度評定提供了理論依據和方法，值得借鑒。