空氣凈化器性能試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測(cè)量不確定度分析
文章來(lái)源：本站 發(fā)布時(shí)間：2020-10-27 閱讀次數(shù)：次
近幾年來(lái)，由于大氣環(huán)境污染引發(fā)了人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的擔(dān)憂(yōu)，已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在此背景下，空氣凈化器產(chǎn)品及市場(chǎng)得以迅速發(fā)展，對(duì)于其性能的檢測(cè)無(wú)疑是一項(xiàng)重點(diǎn)工作。試驗(yàn)艙作為空氣凈化器性能測(cè)試的專(zhuān)用設(shè)備，通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)樣機(jī)的潔凈空氣量和累計(jì)凈化量來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的凈化性能。因此試驗(yàn)艙在性能測(cè)試中必不可少，在生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)得以廣泛應(yīng)用。
對(duì)試驗(yàn)艙計(jì)量特性的評(píng)價(jià)目前沒(méi)有相應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量方法，試驗(yàn)艙的計(jì)量特性難以保證。本文擬在簡(jiǎn)要闡述試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，對(duì)換氣次數(shù)的測(cè)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(cè)量實(shí)驗(yàn)
1.1 測(cè)量方法
用二氧化碳作為示蹤氣體，測(cè)量試驗(yàn)艙內(nèi)二氧化碳濃度，計(jì)算換氣次數(shù)。測(cè)量過(guò)程中，采樣點(diǎn)的位置與凈化器實(shí)際測(cè)試方法中測(cè)點(diǎn)位置保持一致。
1.2 測(cè)量步驟
2.2.1 關(guān)閉試驗(yàn)艙艙門(mén)，開(kāi)啟高效空氣過(guò)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(duì)濕度達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。
1.2.2 將二氧化碳發(fā)生器連接一根穿過(guò)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(guò)程中一直保持開(kāi)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(cè)試儀測(cè)定二氧化碳的初始濃度為c0（對(duì)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(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，每5min采集1次，第二次取樣開(kāi)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(shì)，用式（1）表示：
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(xiàn)性擬合，可求得衰減常數(shù)，取絕對(duì)值，即為換氣次數(shù)Ｋ，用式（2）表示：
式中：
K ——換氣次數(shù)，h-1；
ti ——第i個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，h；
incti ——第i個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的污染物濃度的自然對(duì)數(shù)；
n ——采樣次數(shù)。
1.3 測(cè)量結(jié)果
二氧化碳濃度測(cè)量結(jié)果如表1所示。
2.試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測(cè)量不確定度分析
2.1 測(cè)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：
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(lái)源
由測(cè)量模型可知，換氣次數(shù)的測(cè)量不確定度由以下四個(gè)部分組成：
（a）二氧化碳測(cè)試儀濃度測(cè)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(xiàn)線(xiàn)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(cè)試儀濃度測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel（ct）二氧化碳測(cè)試儀的最大允許誤差為±2%，按均勻分布，k＝
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=
2.3.3 衰減曲線(xiàn)線(xiàn)性擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel（y）
（1）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)式（3）取對(duì)數(shù)，得到下式（4）：
令x=t，y=lnct-lnc0+b，得到直線(xiàn)式（5）
（2）最小二乘法線(xiàn)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：
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。
式中：
i ——采樣次數(shù)，i＝1，2，…，n；
[yi-y（xi）] ——在xi時(shí)間時(shí)測(cè)得的yi與線(xiàn)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(cè)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(xiàn)線(xiàn)性擬合結(jié)果如表2所示。
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：
（4）衰減曲線(xiàn)線(xiàn)性擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel（y）：
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(cè)量的不確定度，對(duì)換氣次數(shù)進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3
根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，計(jì)算出換氣次數(shù)重復(fù)性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：
測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
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）：
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：
結(jié)語(yǔ)
本文講述了試驗(yàn)艙換氣次數(shù)的評(píng)價(jià)方法，為檢測(cè)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(guò)試驗(yàn)艙換氣次數(shù)測(cè)量不確定度分析，減小或消除測(cè)量過(guò)程中各影響因數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高測(cè)量結(jié)果的可靠性。
測(cè)量不確定度的評(píng)定和分析，是實(shí)驗(yàn)室提高測(cè)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(zhuān)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(cè)量不確定度評(píng)定與表示
