空气焓值法测量空调制冷量的不确定度评定X

焓值 、湿空气含湿量和比容的测量不确定度是 由干 、湿球温度 、大气压的标准不确定度引起的 ,其 中起主要作用的是干 、湿球温度的标准不确定度 。 干 、湿球温度的不确定度主要取决于所用温度传感 器和信号采集系统的精度 。如果直接采用铂电阻 温度计 、变送器 、采集器等仪表的基本精度或出厂 说明书标注的精度 ,将会造成很大的温度测量 B 类不确定度 。实际测量过程中 ,各独立仪表的测试 误差可能在传递过程中互相抵消 ,因此 ,建议测温 系统采用一体化方法进行标定 。一体化标定是将 铂电阻温度计与计量单位的基准温度计一起放入 恒温槽中 ,对比采集系统获得的数据与基准温度计 测得的温度 ,确定其误差 。这种方法标定出来的误 差为整体误差 ,包括传感器误差和二次仪表误差 。
图 1 空气焓值法测量室内试验间示意图
Q
=
qv ( ha1 V n (1 +
ha2) W n)
(1)
2 测量不确定度评定
按照不确定度传播率 ,制冷量测量结果 Q 的
不确定度为 :
u2 ( Q) =
ha1 - ha2 V n (1 + W n)
2
u2 ( qv) +
qv V n (1 + W n)
2
[ u2 ( ha1) + u2 ( ha2) ] +
- qv ( ha1 - ha2)
V
2 n
(
1
+
W n)
2
u2 ( V n) +
- qv ( ha1 - ha1) V n (1 + W n) 2
2
u2 ( W n)
(2)
连续 7 次测量制冷量的结果见表 1。从表 1 可以
计算制冷量 Q 的不确定度 A 类评定 ,计算公式为 :
= 1. 140
(7)
因此 ,该空调机组的制冷量最终结果可以表示
为:
Q0 = 54. 527 kW , U ( Q0) = 1. 140 kW , k = 2
3 测量不确定度来源分析 风量的测量不确定度是由出风干 、湿球温度 、
喷嘴前静压 、喷嘴前后压差 、大气压 、喷嘴直径和流 量系数的标准不确定度造成的 ,其中起主要作用的 是喷嘴前后压差和喷嘴直径的标准不确定度 ,其数 值远远高于其他项 。试验台中使用标准的长径喷 嘴测量空气流量 ,喷嘴的结构和安装使用符合相关 标准 。当喷嘴使用时间较长时 ,由于腐蚀 ,直径 、表 面状况都会发生变化 。喷嘴的加工精度也直接影 响喷嘴直径和面积 ,引起流量测算的不准确 。为了 避免以上情况 ,喷嘴需采用耐腐蚀的材料 ,并经过 高精度加工 。测量喷嘴前后压差应选用精度较高 的测试仪表 ,尽量减少由于仪器准确度造成的流量 不确定度 。
根据测量不确定度理论 ,测量结果的不确定度
评定方法可分为 A 类和 B 类 ,在笔者研究的空调机 组制冷量测试过程中 ,由测量重复性引起的 A 类不 确定度远远小于 B 类不确定度 ,在简单计算中可以 将其忽略。但是 ,在其他类型的测试平台或其他机 组的测试中 ,曾经发现 A 类不确定度与 B 类不确定 度比较接近的情况 。因此 ,在评定流程中 ,应对各类 不确定度进行全面分析 ,确保没有遗漏。 4 结 论
[ c3 u ( ha2) ]2 + [ c4 u ( V ( W n) ]2
(5)
下面根据表 2 提供的试验测量参数平均值及 经过标定的测量精度分别计算式 (5) 中各分量对制 冷量不确定度 B 类评定的贡献 。
参数 平均值 最大允许误差 误差分布
k 标准不确定度
表 2 基本测量参数的平均值 、最大允许误差及标准不确定度
3 0. 017
3 0. 023
2. 58 2. 887
2. 58 4. 561
P0/ kPa 101. 760
±0. 5 正态
2. 58 0. 289
D/ mm 189 ±0. 2 均匀
3 0. 115
风量的计算公式为 :
qv =
Y·
2·Δ
P·V
n ·∑( i
Ci
·πD 4
2 i
)
(6)
空气焓值计算公式为 :
Ξ 收稿日期 :2007201229 通讯作者 :贾磊 , Email :magic9613 @126. com
第 6 期 贾磊 等 :空气焓值法测量空调制冷量的不确定度评定 · 81 ·
和喷嘴 ,温湿度取样装置用于测量出风的干 、湿球 温度 ,在喷嘴上 、下游的相关位置设置取压孔 ,测量 喷嘴前静压和喷嘴前后压差 。风量测量装置具有 良好的保温性 ,减少环境对测试结果的影响 。空调 器的进风口也装有空气取样装置 ,用于测量进风 干 、湿球温度 ,进而计算进风焓值 。
7
∑Q i
Q0 =
i =1
7
(3)
根据国家标准[7 ] ,空调制冷量是在工况稳定 后连续测量 7 次取其平均值作为最终结果的 。制 冷量 Q 的计算公式为 :
7
∑( Q i - Q0) 2
uA ( Q) =
i =1
7 ×6
(4)
表 1 制冷量连续 7 次测量结果 、平均值及不确定度 A 类评定
1) 空气焓值法中风量由风洞测量 ,对空调制 冷量不确定度影响最大的喷嘴前后压差和喷嘴直 径的测量精度 。同时 ,对于进 、出风的干 、湿球温度 如果采用一体化标定 ,将会大大减少温度传感器和 二次仪表精度带来的制冷量不确定度 。
2) 对于同一机组进行多次测量时 ,如果工况稳 定 ,则由重复性造成的 A 类不确定度相对于由非重 复性因素引起的 B 类不确定度是可以忽略不计的 , 对最终结果的影响也是微乎其微的 。但为保险起 见 ,建议对测量不确定度进行全面的 A 类和 B 类评 定 。若仅进行一次测试 ,则只进行 B 类评定 。
Uncertainty analysis of air2conditioner cool ing capacity measurement with air enthalpy test method
Jia Lei Qian Xuefeng Wang Yifang Shu Guoan ( Hefei General Machinery Research Instit ute)
(9)
将测试数据和相关参数的标准不确定度代入
开发的计算程序中 ,可以计算出式 (5) 中各项分量 的大小和空调制冷量的不确定度 B 类评定结果 ,
如表 3 所示 。
表 3 制冷量不确定度 B 类评定及各分量 kW
c1 u ( qm) c2 u ( ha1) c3 u ( ha2) c4 u ( V n) c5 u ( W n) uB ( Q)
Tid/ ℃
27. 11 ±0. 05 均匀
T iw/ ℃
19. 01 ±0. 04 均匀
Tod/ ℃
17. 68 ±0. 03 均匀
Tow/ ℃
15. 22 ±0. 04 均匀
Pfs/ Pa
133. 625 ±5. 0 正态
ΔP/ Pa
348. 536 ±7. 9 正态
3 0. 029
3 0. 023
从仪器仪表的精度出发对测量不确定度进行 B 类 评定 ,分析不够全面 ;或是从理论角度进行分析 ,缺 少量化支持 ,无法准确判断各种来源对测量结果不 确定度的影响程度 。
笔者选取空气焓值法测量空调制冷量的不确 定度进行分析 ,利用国家压缩机制冷设备质量监督 检验中心制冷空调试验室的设备测试某空调机组 的制冷量 ,对测量不确定度进行了 A 类和 B 类评 定 ,分析各类不确定度来源 。根据计算结果讨论影 响空调制冷量测量不确定度的主要因素 ,为改善测 试系统的精度提供指导 。 1 测试原理及数学模型
空气焓值法通过测量空调器的进 、出风的干 、 湿球温度计算进 、出风的焓差 ,再与测得的风量相 乘得到制冷量 。风洞式空气焓值法室内侧试验间 的测试装置示意图如图 1 所示 。室内侧设有空气 处理机组 ,以保证空调器在规定工况下运行 。空调 器的出风口通过风管与空气流量测量装置相接 。 在风量装置中 ,距离出风口足够远处安装有扩散板
第 7 卷 第 6 期 2007年12月
R
制 冷 与
EFRIGERA TION AND
空
A IR
调
- CONDITION IN
G
80282
空气焓值法测量空调制冷量的不确定度评定Ξ
贾磊 钱雪峰 王溢芳 舒国安
(合肥通用机械研究院)
摘 要 基于空气焓值法数学模型 ,对某空调机组制冷量测试结果的不确定度进行分析 ,讨论影响制冷量 不确定度的主要因素 ,为改善测试系统的精度提供参考 。 关键词 空气焓值法 空调 制冷量 不确定度
0. 244
0. 399 0. 304 0. 105 0. 001 0. 568
· 8 2 · 制 冷 与 空 调 第 7 卷
结合表 1 和表 3 ,可得制冷量的测量标准不确 定度 uc ( Q0) 为 :
uc ( Q0) =
ha = 1. 005 ·Td + (2 501 + 1. 846 ·Td) ·W n (7)
出风空气比容和绝对含湿量 W n 与干球温度
Tod ,湿球温度 Tow及实测大气压 P 的关系比较复
杂 ,可以表示为 :
V n = f 2 ( Tod , Tow , P)
(8)
W n = f 1 ( Tod , Tow , P)
测量不确定度的概念在测量历史上相对较新 , 其应用具有广泛性和实用性 。在市场竞争激烈 、经 济全球化的今天 ,测量不确定度评定与表示方法的 统一已经成为科技交流和国际贸易的迫切要求 ,它 使各国进行的测量及其所得到的结果可以进行相 互比对 ,取得相互承认和共识[1 ] 。目前 ,在我国推 行的 ISO 17025 中对测量结果的不确定度有明确 的要求 :校准试验室出具的每份证书或报告都应包 括有关测量结果不确定度评定的说明 ;在检测试验 室出具的检测报告中 ,必要时也应予以说明 。