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电风扇风量参数检测方法的研究和不确定度评定

电风扇风量参数检测方法的研究和不确定度评定

1、引言
随着电风扇产品能效标识制度的实施,风量作为电风扇的一项重要性能指标,其测试准确性直接关系到产品的能效等级评定。2010年中国标准化研究院能效标识管理中心组织备案实验室进行了交流电风扇数据的一致性核查工作,从数据统计结果看,对输入功率的测试,各实验室基本保持一致,而风量的测试,各实验室间的差距还是比较大的。
本文通过对电风扇检测装置及风量检测方法的研究,分析了影响风量试验数据的因素,并根据不确定度理论基础,对风量测试系统进行了不确定度分析和评定。
 
2电风扇风量检测方法及影响风量试验数据的因素分析
2.1 台扇、落地扇风量检测方法
            使用试验设备:HK1236风量测量装置

考虑到电风扇的送风结构是不带内部风道的,工作时气流是大空间自由进气和大空间自由排气,因此风量测试不采用通过在测试风管中设置孔板或喷嘴等节流件产生压差的测量方法,而是直接用风速仪测量电风扇的排风风速来计算风量。根据GB13380-2007,风量测试系统的检测原理采用风速表法,利用风速仪测量出通过模拟圆形平面上各圆环的平均风速,再乘以相应的圆环面积得到通过该圆环的风量,电风扇的总输出风量为通过直到读数限度的所有圆环的风量总和。
式中:Q——通过圆环的风量,m3/mm;V——同一半径上圆环的平均风速,m/min;r——圆环的平均半径,mm;d——圆环的宽度,等于40mm;S——圆环的面积,m2
试验程序是:试验前,将被测电风扇在额定电压、额定频率下至少运转1小时;试验时,从距离扇叶轴线20mm左右两点处开始测量,以每40mm的增量沿着水平直线逐点向两边移动,直到所测得的平均风速下降到低于24m/min为止。
   2.2风量检测设备及影响风量试验数据的因素分析
目前实验室普遍采用自动智能风量测试仪,这种风量测试仪由计算机控制实现了全自动测试,以减少由于检测持续时间长而造成的人为读数误差。该装置的风速仪探头采用步进电机驱动,可由距离扇翼轴线20mm处开始以每40mm的增量沿着水平直线逐点向两边移动采样。数据由计算机处理自动计算平均风速、风量、能效值、评定能效等级等值,并自动生成、打印测试报告。
在电风扇风量检测中,由于存在着人员操作的熟练度不尽相同,测试条件、环境和电源性能无法完全满足标准规定的要求等因素,导致检测数据不可避免存在不确定性。
显然,除了采用标准规定的试验方法和手段外,满足标准要求的测试条件、环境和电源是保证风量工况试验数据准确性的重要前提。比如按要求电压和频率波动应不超过其额定值的±1﹪,如果电压和频率波动过大将直接影响风扇电机的输出功率;还有标准要求试验时室内空气温度应为20±5℃,相对湿度小于90﹪(+25时),但实际检测中,由于每次试验工况的温度、湿度、大气压的不同,使得该试验条件下的空气密度也不相同,也会影响最终测试结果;另外试验屏的尺寸及密封性未严格按标准设计,不满足标准规定的长度4500mm、宽度4500mm、高度3000mm、允许偏差±15 mm,并且无法保证不受外界气流和热辐射作用,会造成不同的空间内对气流扰动的不同,因此也就不可避免造成很大系统误差。因此也就不可避免引入不确定度分量,从而导致数据产生偏差。
对于测量设备,由于标准规定风量是利用测量风速来计算电风扇的风量参数,因此需借助风速仪通过读取数据而获得一个模拟圆形平面上不同直径圆环上各测量点的平均风速分布值再计算其风量参数。在整个测试过程不同直径圆环上各测量点的平均风速值变化较大,如扇叶直径400mm规格、电机输入功率60W的电扇,可从最大风速200m/min左右一直测到平均风速小于24m/min为止。这就要求风速仪在整个量程范围内具有较高准确度和灵敏度。标准要求测量风速用的仪表采用标称直径小于或等于100mm叶轮风速仪,灵敏度不低于0.15m/s,风速量大量程为1200m/min。可见风速仪是整个风量测试系统中最重要的环节,满足要求的风速仪是确保测试数据可靠性的关键。
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