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    空氣凈化器性能試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測量不確定度分析

    文章來源:本站 發(fā)布時(shí)間:2020-10-27 閱讀次數(shù):次

     近幾年來,由于大氣環(huán)境污染引發(fā)了人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量的擔(dān)憂,已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。在此背景下,空氣凈化器產(chǎn)品及市場得以迅速發(fā)展,對于其性能的檢測無疑是一項(xiàng)重點(diǎn)工作。試驗(yàn)艙作為空氣凈化器性能測試的專用設(shè)備,通過測定試驗(yàn)樣機(jī)的潔凈空氣量和累計(jì)凈化量來評價(jià)產(chǎn)品的凈化性能。因此試驗(yàn)艙在性能測試中必不可少,在生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)得以廣泛應(yīng)用。

    空氣凈化器測試艙

     

    對試驗(yàn)艙計(jì)量特性的評價(jià)目前沒有相應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)和測量方法,試驗(yàn)艙的計(jì)量特性難以保證。本文擬在簡要闡述試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測量方法的基礎(chǔ)上,對換氣次數(shù)的測量不確定度進(jìn)行了系統(tǒng)分析,保證量值溯源的準(zhǔn)確可靠。

    1.試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測量實(shí)驗(yàn)

    1.1 測量方法

    用二氧化碳作為示蹤氣體,測量試驗(yàn)艙內(nèi)二氧化碳濃度,計(jì)算換氣次數(shù)。測量過程中,采樣點(diǎn)的位置與凈化器實(shí)際測試方法中測點(diǎn)位置保持一致。

    1.2 測量步驟

    2.2.1 關(guān)閉試驗(yàn)艙艙門,開啟高效空氣過濾器,凈化試驗(yàn)艙內(nèi)空氣,使顆粒物粒徑0.3μm以上的粒子背景濃度小于1000個(gè)/L,啟動(dòng)溫濕度控制裝置,使室內(nèi)溫度和相對濕度達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。

    空氣凈化器測試艙

     

    1.2.2 將二氧化碳發(fā)生器連接一根穿過試驗(yàn)艙壁的管子,發(fā)生的二氧化碳可被卷入攪拌風(fēng)扇攪拌所形成的空氣渦流中,待輸送的二氧化碳達(dá)到一定濃度(2000mg/m3~4000/m3)后,關(guān)閉發(fā)生器。攪拌風(fēng)扇再攪拌10min,使二氧化碳混合均勻后,關(guān)閉攪拌風(fēng)扇。循環(huán)風(fēng)扇在試驗(yàn)過程中一直保持開啟狀態(tài)。

    1.2.3 待攪拌風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn),用二氧化碳測試儀測定二氧化碳的初始濃度為c0(對應(yīng)時(shí)間t=0min)。

    1.2.4 待試驗(yàn)艙內(nèi)的初始樣采集完成后,開始試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中,每5min采集1次,第二次取樣開始的時(shí)刻為t=0h,全部采樣時(shí)間為1h。

    1.2.5 二氧化碳的濃度隨時(shí)間的變化符合指數(shù)函數(shù)的變化趨勢,用式(1)表示:

    空氣凈化器測試艙

     

    式中:

    ct ——在時(shí)間t時(shí)的二氧化碳濃度,mg/m3;

    c0 ——在t=0時(shí)的二氧化碳初始濃度,mg/m3;

    K ——衰減常數(shù),h-1;

    t ——時(shí)間,h;

    1.2.6 按照式(1)做ln ct和t的線性擬合,可求得衰減常數(shù),取絕對值,即為換氣次數(shù)K,用式(2)表示:

    空氣凈化器測試艙

     

    式中:

    K ——換氣次數(shù),h-1;

    ti ——第i個(gè)取樣點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)間,h;

    incti ——第i個(gè)取樣點(diǎn)對應(yīng)的污染物濃度的自然對數(shù);

    n ——采樣次數(shù)。

    1.3 測量結(jié)果

    二氧化碳濃度測量結(jié)果如表1所示。

    空氣凈化器測試艙

     

    2.試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測量不確定度分析

    2.1 測量模型

    二氧化碳的濃度隨時(shí)間的變化的衰減常數(shù),即為換氣次數(shù),表達(dá)式如下:

    空氣凈化器測試艙

     

    式中:

    ct ——在時(shí)間t時(shí)的二氧化碳濃度,mg/m3;

    c0 ——在t=0時(shí)的二氧化碳初始濃度,mg/m3;

    K ——衰減常數(shù),h-1;

    t ——時(shí)間,h。

    2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源

    由測量模型可知,換氣次數(shù)的測量不確定度由以下四個(gè)部分組成:

    (a)二氧化碳測試儀濃度測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;

    (b)采樣時(shí)間引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;

    (c)衰減曲線線性擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;

    (d)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

    2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量分析

    2.3.1 二氧化碳測試儀濃度測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(ct)二氧化碳測試儀的最大允許誤差為±2%,按均勻分布,k=

    空氣凈化器測試艙

     

    空氣凈化器測試艙

     

    2.3.2 采樣時(shí)間引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(t)計(jì)時(shí)器的最大允許誤差為±0.5% ,按均勻分布,k=

    空氣凈化器測試艙

     

    空氣凈化器測試艙

     

    2.3.3 衰減曲線線性擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(y)

    (1)對標(biāo)準(zhǔn)式(3)取對數(shù),得到下式(4):

    空氣凈化器測試艙

     

    令x=t,y=lnct-lnc0+b,得到直線式(5)

    空氣凈化器測試艙

     

    (2)最小二乘法線性擬合

    根據(jù)最小二乘法和式(5)的假設(shè)條件,輸出量K、b及它們的估計(jì)方差和協(xié)方差是在殘差平方和Q最小時(shí)得到:

    空氣凈化器測試艙

     

    這就導(dǎo)出了K和b的公式(7)~(13),s2(K)和s2(b)是它們的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方差,

    r(K,b)是估計(jì)的相關(guān)系數(shù),其中s(K,b)是估計(jì)的協(xié)方差。

    空氣凈化器測試艙

     

    式中:

    i ——采樣次數(shù),i=1,2,…,n;

    [yi-y(xi)] ——在xi時(shí)間時(shí)測得的yi與線性擬合y=-Kx+b上在xi時(shí)預(yù)示的y(xi)之間的差值;

    s2 ——估計(jì)方差,總的擬合不確定度度量,其中因子n-2反映了由n次測量值確定兩個(gè)參數(shù)K和b時(shí),s2的自由度為n-2:

    (3)擬合結(jié)果的計(jì)算

    二氧化碳濃度隨時(shí)間的變化的衰減曲線線性擬合結(jié)果如表2所示。

    空氣凈化器測試艙

     

    被擬合的數(shù)據(jù)在表2的第三列和第四列給出,應(yīng)用式(7)~(13)可以得到:

    空氣凈化器測試艙

     

    (4)衰減曲線線性擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(y):

    空氣凈化器測試艙

     

    2.3.4 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(A)

    為獲得重復(fù)性測量的不確定度,對換氣次數(shù)進(jìn)行6次重復(fù)測試,測試結(jié)果見表3

    空氣凈化器測試艙

     

    根據(jù)表3的數(shù)據(jù),計(jì)算出換氣次數(shù)重復(fù)性測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差:

    空氣凈化器測試艙

     

    測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

    空氣凈化器測試艙

     

    2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

    合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(K):

    空氣凈化器測試艙

     

    2.5 擴(kuò)展不確定度的確定

    當(dāng)置信區(qū)間為95%,包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度urel為:

    空氣凈化器測試艙

     

    結(jié)語

    本文講述了試驗(yàn)艙換氣次數(shù)的評價(jià)方法,為檢測機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)提供了指導(dǎo)思想,為規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了理論依據(jù)。

    通過試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測量不確定度分析,減小或消除測量過程中各影響因數(shù)對測量結(jié)果的影響,提高測量結(jié)果的可靠性。

    測量不確定度的評定和分析,是實(shí)驗(yàn)室提高測量結(jié)果可靠性的重要保障,是我們工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性的體現(xiàn),是實(shí)驗(yàn)室專業(yè)技術(shù)水平高低的體現(xiàn)。

    參考文獻(xiàn)

    [1]GB/T 18801-2015空氣凈化器

    [2]JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示

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