水泵汽蝕余量測量結果不確定度的分析與應用

肖軍

摘 要：氣蝕余量是影響水泵效率和使用壽命的重要因素之一，文章依據JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》，通過對水泵氣蝕余量測試結果進行不確定度的分析與計算，旨在正確地應用、掌握不確定度的評定與表示。

關鍵詞：水泵；氣蝕余量；不確定度；評定

1 概述

（1）測使方法：GB/T 3216-2005《回轉動力泵 水力性能驗收試驗 1級和2級》；（2）環境條件：溫度（15～30）℃，相對濕度不大于85%；（3）測試設備：水泵微機測試系統。

2 數學模型

根據GB/T 3216，水泵氣蝕余量的計算公式為：

NPSH=Z1+■+■+■-■=Z1+■+■+■-■

式中：NPSH-氣蝕余量；Z1-研究的點相對于NPSH基準面的高度，m；p1-入口測量截面處的表壓力值，MPa；v1-入口測量截面處的平均流速，m/h；Q-流量，m3/h；A-管道橫截面面積，m2；pb-當地當時的大氣壓力值， MPa；pv-液體試驗溫度下相應的汽化壓力值， MPa；ρ-水的密度，取1000kg/m3；g-重力加速度，取9.81m/s2。

3 水泵NPSH測試結果不確定度來源分析

（1）測量儀器的計量性能的局限性，如電磁流量計、壓力變送器、溫度計等；（2）引用的數據或其他參數的不確定度，如水的密度和重力加速度的值；（3）軟件程序對被測量的影響；（4）對模擬式儀表的讀數存在人為的偏差，即人員讀數不準；（5）相同條件下，被測量數據在重復觀測中的變化。

4 不確定度的分析

在計算合成標準不確定度時，各輸入量之間均按不相關處理，相關系數為0，Z1、A均為一次測量得到，故未參與不確定度計算。試驗中對被測泵做十次獨立的測量，試驗結果見表1。

（1）A類標準不確定度評定

a） p1的重復性引入的不確定度

根據表1，測量結果的平均值

按A類方法評定，由實測數據得實驗標準差s（P1）

b） Q的重復性引入的不確定度

根據表1，測量結果的平均值

按A類方法評定，由實測數據得實驗標準差s（■）

c） pb的重復性引入的不確定度

根據表1，測量結果的平均值

按A類方法評定，由實測數據得實驗標準差s（Pb）

d） pv的重復性引入的不確定度

根據表1，測量結果的平均值

按A類方法評定，由實測數據得實驗標準差s（pv）

（2）B類標準不確定度評定

a） 壓力變送器引入的不確定度ua

由檢定證書知壓力變送器的精度為0.1%。按均勻分布，取k=■，故壓力變送器引入的不確定度

b） 電磁流量計引入的不確定度ub

由檢定證書知電磁流量計的精度為0.3%。按均勻分布，取k=■，故電磁流量計引入的不確定度

c） 大氣壓力變送器引入的不確定度uc

由檢定證書知大氣壓力變送器的精度為0.4%。按均勻分布，取k=■，故大氣壓力變送器引入的不確定度

d.數字式溫度表引入的不確定度ud

由檢定證書知數字式溫度表的精度為0.5%。按均勻分布，取k=■，故數字式溫度表引入的不確定度

（3）標準不確定度分量評定

a） 讀數重復性引入的不確定度

b） 測量儀表引入的不確定度

5 合成標準不確定度評定

由于上述8項標準不確定度分量之間不相關，所以合成標準不確定 =0.003m

6 擴展不確定度評定

取包含因子k=2，U=kuc=0.006m

7 測量不確定度評定

水泵汽蝕余量NPSH的擴展不確定度為U=0.006m，它是由合成不確定度uc=0.003m乘以包含因子k=2而得到。

參考文獻

[1]JJF1059-1999.測量不確定度評定與表示[S].北京：計量出版社，2000.

[2]鄭夢海.泵測試實用技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]張紅飆.產品質量檢測不確定度的分析及應用[J].中國測試技術，2005，31（3）：65-67.