防火阀门漏风量试验流量计选择及不确定度分析

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防火阀门漏风量试验流量计选择及不确定度分析

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发布时间：2019-03-30 15:58:17

     摘　要：文章报告了笔者通过一系列试验设计，选用以标准孔板流量计作为测量防火阀门漏风量设备和以涡街流量计作为测量防火阀门漏风量设备，分别对同一样品进行环境温度漏风量测量，同时分析了两种测量方式所得结果的测量不确定度。通过笔者的详细阐述及分析，两种测量方式的测试数据均完全符合要求，验证了标准建议的测试方法的可行性，同时也为标准制定测试方法提供了补充。
1　概述
     防火阀门为建筑防排烟系统中的重要产品。现行的国家标准GB15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》规定了防火阀门的各项性能，其中阀门漏风量是考察阀门性能的一项非常重要的指标。对于阀门的漏风量采用何种流量计测量，GB15930 中没有强制规定，建议采用加工、制作、安装均符合 GB/T2624 规定的标准孔板流量计。大家熟知气体流量计有很多种，对于标准孔板流量计以外的其他类型流量计，是不是同样可以作为测量阀门漏风量的测试仪器呢 ? 笔者进行了一系列试验设计，选用一台标称尺寸为 400mm×400mm 的防火阀，以 GB15930 规定的常温下漏风量作为考核项目，先后分别采用标准孔板流量计和涡街流量计测量阀门漏风量，并对试验结果进行不确定度计算和结果比对。
2　选用标准孔板流量计测试防火阀门漏风量
2.1　测试使用的仪器设备
     标准孔板，孔径 Φ55.23mm，不确定度为 1.3%（由设计资料得）；
     孔板前压力变送器，型号：0～3000Pa，准确度：0.2级；
     动槽式水银气压计，型号：DYM-1 福丁式，量程810～1070hPa(600～800mmHg)，准确度：0.4hPa(0.3mmHg) ；
     工业热电阻，型号：PT100，量程：0 ～ 100℃，分辨力：B 级，准确度：B 级；
     钢卷尺，量程：5m，准确度：±1mm。
2.2　测试程序
     在标准状态，环境温度下，采用以标准孔板流量计作为测量设备的防火阀耐火性能智能化试验装置检测防火阀环境温度下漏风量时，首先根据试样外形测量长度、宽度，计算截面积 S；然后将防火阀安装到试验管道上，启动引风机，调整试件前后差压到（300±15）Pa，用工业热电阻测量管道内气体温度 T，从动槽式水银气压计上读取大气压力 B，用差压变送器测量孔板前压力 P，在同一试验条件下，试验共进行 5min，每分钟采集 1 次，共计 5 次。测试结果见图 1。
3　选用涡街流量计测试防火阀门漏风量
3.1 测试使用的仪器设备
     涡 街 流 量 计， 流 量 范 围 18 ～ 5600m 3 /h， 精 度 为±0.86%（由资料得）；
     微机接口板的精度为 ±0.25%；
     流量计前压力变送器，型号：0 ～ 3000Pa，准确度：0.2 级；
     动槽式水银气压计，型号：DYM-1 福丁式，量程810～1070hPa(600～800mmHg)，准确度：0.4hPa(0.3mmHg) ；
     工业热电阻，型号：PT100，量程：0 ～ 100℃，分辨力：B 级，准确度：B 级；
     钢卷尺，量程：5m，准确度：±1mm。
3.2 测试程序
     在标准状态，环境温度下，采用以涡街流量计作为测量设备的排烟阀（口）试验装置检测防火阀环境温度下漏风量时，首先根据试样外形测量长度、宽度，计算截面积S；然后将防火阀安装到试验管道上，启动引风机，调整试件前后差压到（300±15）Pa，用工业热电阻测量管道内气体温度 T，从动槽式水银气压计上读取大气压力 B，用差压变送器测量涡街流量计处压力 P，在同一试验条件下，试验共进行 5min，每分钟采集 1 次，共计 5 次。测试结果见图 2。
4　测量结果不确定度分析及结果比对
4.1 测量模型

式中：
     Q′——环境温度下阀门单位面积的漏风量（标准状态），单位为立方米每平方米每小时〔m 3 /（m 2 ·h）〕；
     Q标 ——环境温度下阀门的漏风量（标准状态），单位为立方米每小时（m 3 /h）；
     S ——阀门洞口净面积，单位为平方米（m2 ）；
     Q——实测孔板（或涡街流量计）处漏风量，单位为立方米每小时（m 3 /h）；.
     T——实测管道内的气体温度，单位为摄氏度（℃）；
     B——实测大气压力，单位为帕斯卡（Pa）；
     P——实测孔板前压力，单位为帕斯卡（Pa）。
     注： S =a×b
     其中 a——阀门洞口宽度；
     b——阀门洞口高度。

4.2 采用标准孔板流量计测量阀门漏风量测试结果的不确定度分析
4.2.1 不确定度来源
     防火阀环境温度下漏风量 Q 测量结果不确定度来源主要包括：
     ①.孔板处漏风量测量重复性引入的标准不确定度，采用 A 类方法评定；
     ②.孔板引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ③.试件面积引入的标准不确定度，采用A类方法评定；
     ④.钢卷尺允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑤.工业热电阻允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑥.差压变送器允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑦.动槽式水银气压计允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定。
4.2.2 不确定度评定
系统漏风量的不确定度计算
     5min 试验过程中实测孔板处的流量（m 3 /m 2 ·h）分别为：25.751，24.632，24.631，24.632，24.632。（注：将 5min 试验过程中试件流量分别代入公式

     根据孔板流量计的设计，采用孔径为 Φ55.23mm 的孔板，其流量相对不确定度为 1.3%。

4.3 采用涡街流量计测量阀门漏风量测试结果的不确定度分析
4.3.1 不确定度来源
防火阀环境温度下漏风量 Q 测量结果不确定度来源主要包括：
     ①.流量计处漏风量测量重复性引入的标准不确定度，采用 A 类方法评定；
     ②.流量计引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ③.试件面积引入的标准不确定度，采用A类方法评定；
     ④.钢卷尺允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑤.工业热电阻允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑥.差压变送器允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定；
     ⑦.动槽式水银气压计允差引入的标准不确定度，采用 B 类方法评定。
4.3.2 不确定度评定
     系统漏风量的不确定度计算5min 试 验 数 据 流 量 换 算 成 m 3 /m 2 ·h 分 别 为：3998.3172，3989.9022，3979.605，3990.9726，3996.1566（平均值为 3990.99072）系统漏风量的 A 类不确定度为UPAI=0.649流 量 计（ 流 量 范 围 18 ～ 5600m 3 /h） 的 精 度 为±0.86%，微机接口板的精度为 ±0.25%，各仪表精度算术相加，为 ±1.11%。根据仪表精度定义，得出流量计的相对不确定度 0.555%

4.4　两种流量计测量阀门漏风量的试验结果比对
     由以上分析计算所得：
     采用标准孔板流量计的防火阀耐火性能智能化试验装置测量结果及其不确定为：

     由此得出通过两个设备测试的结果均满足检测要求。
5　综述
     (1) 通过笔者的比对研究发现，在测试防火阀门常温下漏风量时，采用标准孔板流量计和采用涡街流量计，测试数据均完全符合要求。
     (2) 测试结果的比对，不仅验证了标准 GB15930 建议选用标准孔板流量计测试方法的可行性，同时采用涡街流量计测量阀门漏风量的方法也为标准在制修订测试方法时提供了补充。