燃氣灶熱效率測量不確定度的分析

寧波方太廚具有限公司 浙江省健康智慧廚房系統(tǒng)集成重點實驗室陳煥耀 劉曉剛

燃氣灶熱效率測量不確定度的分析

寧波方太廚具有限公司 浙江省健康智慧廚房系統(tǒng)集成重點實驗室陳煥耀 劉曉剛

測量不確定度的計算是《檢測和校準實驗室認可準則》(ISO/IEC 17025：2005)的明確要求，成為對實驗室認可的重要內(nèi)容。以燃氣灶熱效率測試為例，根據(jù)多年測試經(jīng)驗，對燃氣灶熱效率測試過程中的不確定度進行分析，從而提高實驗室的燃氣灶熱效率測量不確定度評定水平。

燃氣 灶具熱效率 不確定度

1 測量方法

《家用燃氣灶具能效限定值及能效等級》(GB 30720—2014)中規(guī)定能效等級是將測得的熱效率按數(shù)值高低進行分級，熱效率測試方法也同《家用燃氣灶具》(GB 16410—2007)現(xiàn)行版本有所差異，具體測試方法如下：

(1)燃氣灶用下限鍋燃燒15 min后坐上鍋，水初溫應(yīng)取室溫加5 K，水終溫應(yīng)取水初溫加50 K。水初溫前5 K時開始攪拌，到水初溫時停止攪拌并記錄燃氣初讀數(shù)。水終溫前5 K時開始攪拌，到水終溫時記錄燃氣終讀數(shù)。記錄所有參數(shù)由下式計算實測熱效率；

式中：η實——實測熱效率，%；

M——鍋加入水后的質(zhì)量，kg；

M1——加入鍋內(nèi)的水質(zhì)量，kg；

M2——鋁鍋的質(zhì)量(含蓋子和攪拌器)，kg；

C——水的比熱，C= 4.19×10-3MJ/kg·℃：

t1——水的初溫，℃；

t2——水的終溫，℃；

V耗——實測燃氣消耗量，m3；

Ql——15℃、101.3 kPa狀態(tài)下試驗氣低熱值，MJ/m3；

pm——實測時流量計內(nèi)的燃氣相對靜壓力，kPa；

pamb——試驗時的大氣壓力，kPa；

tg——測定時流量計內(nèi)的燃氣溫度，℃；

S——溫度為tg時的飽和水蒸氣壓力，kPa；(當使用干式流量計測量時，S值應(yīng)乘以試驗燃氣的相對濕度進行修正)。

(2)同一條件下作兩次以上試驗，連續(xù)兩次熱效率的差在1%以下時，取平均值為實測熱效率否則應(yīng)重新試驗，直到合格為止。

(3)試驗完上限鍋和下限鍋的實測熱效率后，用下式計算試驗灶頭的熱效率。

式中：η——熱效率，%；

η實,下——使用下限鍋時的實測熱效率，%；

η實,上——使用上限鍋時的實測熱效率，%；

q下、q上——使用下限鍋、上限鍋試驗時的鍋底熱強度，W/cm2。

2 不確定度分量的主要來源及其分析

燃氣灶熱效率的不確定度主要有兩個來源：

(1)測量重復性引起的 A類標準不確定度分量u1。

(2)濕式氣體流量計等儀器誤差引起的 B類標準不確定度分量u2。

3 建立數(shù)學模型

不考慮大氣壓與溫度的折算修正，則燃氣灶實測熱效率的計算公式如下：

4 方差與傳播系數(shù)(靈敏系數(shù))

5 不確定度的分量量化

5.1 分析重復性分量u1

分析重復性引起的A類標準不確定度分量u1，由分析重復性引起的分量，可以通過連續(xù)分析得到數(shù)據(jù)列，采用A類方法進行評定。對一灶具型號為JZT-JA1B在規(guī)定條件下進行熱效率的測量，重復分析10次，得到數(shù)據(jù)列如表1。

表1 重復測量10次的數(shù)據(jù)

則有10次測量熱效率的平均值：

單次測量的實驗標準差：

A類標準不確定度：

A類標準不確定度的自由度：ν1=10-1=9

5.2 儀器設(shè)備的誤差分量u2

根據(jù)水銀溫度計編號FTT319檢定報告中的不確定度Ut=0.06℃，k=2，電子秤FTFM067檢定報告中給出的儀器誤差為1%，測試水重量為10 kg，則其引起的不確定度：

色譜儀 FTC006檢定報告中給出的U=4.2%，測試氣體分析熱值為35 MJ/m3，則其引起的不確定度：

濕式氣體流量計 FTFF141的檢定報告中給出的不確定度U=0.43%，測試氣體流量100 L，則其引起的不確定度：

6 合成標準不確定度

合成標準不確定度u的計算：

合成標準不確定度的自由度：

7 擴展不確定度U的評定

取包含因子k＝2，對應(yīng)約95%的置信概率，計算擴展不確定度U＝k×u＝2×0.80=1.60。

8 不確定度的結(jié)果報告

Analysis of Uncertainty in Measurement of Thermal Efficiency of Gas Stove

Ningbo Fotile Kitchen Ware Co., Ltd., Key Laboratory of Healthy & Intelligent Kitchen System Integration Chen Huanyao Liu Xiaogang

The calculation of measurement uncertainty is the definite requirement of《Accreditation Criteria for Testing and Calibration Laboratories》(ISO/IEC 17025:2005). This article on the gas stove thermal efficiency test as an example, analyzes the uncertainty in the thermal efficiency measurement based on years of testing experience, so as to improve the heat efficiency of the gas range measurement laboratory evaluation of uncertainty level

gas, thermal efficiency of gas stove, uncertainty