家電能效（性能）實(shí)驗(yàn)室壓力參數(shù)現(xiàn)場校準(zhǔn)方法淺析

孔繁海 岳洪霞 金寧 李世君 劉媛 許鵬

（山東省計(jì)量科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

家用電器是人們生活、工作中不可或缺的產(chǎn)品，市場保有量大、需求旺盛。近年來，我國家電行業(yè)成功跨越節(jié)能升級、制冷劑替代等技術(shù)門檻，開始步入產(chǎn)品升級期。由產(chǎn)品升級引發(fā)的產(chǎn)業(yè)升級，將給家電企業(yè)帶來更多的機(jī)遇，同時也為企業(yè)重新構(gòu)建競爭格局提供良機(jī)。家電產(chǎn)品的質(zhì)量提升除了依靠強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和精細(xì)的加工制造能力以外，完善且準(zhǔn)確的檢測能力也是質(zhì)量提升的重要保障措施。

近兩年間，隨著“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的確立，各類產(chǎn)品能效的國家標(biāo)準(zhǔn)也相繼換版，新版標(biāo)準(zhǔn)對于測試方法進(jìn)行了調(diào)整，使評定過程更加科學(xué)，對碳排放提出了更高的要求。同時由于測試項(xiàng)目增多、試驗(yàn)周期變長，對測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和測試裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。

家電能效（性能）實(shí)驗(yàn)室包含多種類型，校準(zhǔn)主要涉及壓力、溫度、電學(xué)、流量等多種參數(shù)，國內(nèi)目前尚無統(tǒng)一的校準(zhǔn)規(guī)范。為提升檢測機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)的計(jì)量檢測能力，提高各實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)互認(rèn)度，可通過制定科學(xué)且具有可操作性的校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)避免重復(fù)試驗(yàn)、降低成本、共享數(shù)據(jù)、合作研發(fā)的目的，對規(guī)范家電能效標(biāo)識標(biāo)注、促進(jìn)能效標(biāo)識制度的實(shí)施，乃至整個家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都將發(fā)揮積極的作用。

1 校準(zhǔn)方法

制定統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)關(guān)鍵是：

（1）明確計(jì)量要求和測試條件，理順測試過程的各環(huán)節(jié)要素；（2）規(guī)范校準(zhǔn)項(xiàng)目測試方法，減少測試過程中人員主觀判斷對測試結(jié)果造成的影響；（3）從測試設(shè)備入手，分析測試誤差來源、傳遞途徑與比重，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理及合格判據(jù)的確定。

本文以空調(diào)焓差室壓力參數(shù)為例，結(jié)合研究人員實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，給出了校準(zhǔn)方法和測量結(jié)果不確定度評定示例。

空調(diào)焓差室中常見的壓力設(shè)備有壓力變送器和大氣壓傳感器，受現(xiàn)場條件所限，由于被校設(shè)備不可拆卸，且只能使用便攜式的壓力標(biāo)準(zhǔn)器，校準(zhǔn)方法可以參考現(xiàn)行檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的要求，無法實(shí)現(xiàn)的需要另行制定具體方法。

1.1 壓力變送器現(xiàn)場校準(zhǔn)方法[1]

標(biāo)準(zhǔn)器和被校壓力變送器為達(dá)到熱平衡，必須在校準(zhǔn)條件下放置2 h；準(zhǔn)確度低于0.5 級的變送器可縮短放置時間，一般為1 h。

標(biāo)準(zhǔn)器和被校變送器連接，并使導(dǎo)壓管中充滿傳壓介質(zhì)，傳壓介質(zhì)為氣體時，介質(zhì)應(yīng)清潔、干燥。

校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇應(yīng)按量程均勻選取，一般應(yīng)包括上限值、下限值（或其附近10%輸入量程以內(nèi)）在內(nèi)不少于5 個點(diǎn)。

對于輸入量程可調(diào)的壓力變送器，首次校準(zhǔn)的應(yīng)將輸入量程調(diào)到規(guī)定的最小、最大分別進(jìn)行校準(zhǔn)；后續(xù)校準(zhǔn)的可只進(jìn)行常用量程或指定量程的校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)前，用改變輸入壓力的辦法對輸出下限值和上限值進(jìn)行調(diào)整，使其與理論的下限值和上限值相一致，一般可以通過調(diào)整“零點(diǎn)”和“滿量程”來完成。

從下限開始平穩(wěn)的輸入壓力值到各校準(zhǔn)點(diǎn)，讀取并記錄輸出值直至上限。在校準(zhǔn)過程中不允許調(diào)整零點(diǎn)和量程，不允許輕敲和振動被校器具，在接近校準(zhǔn)點(diǎn)時，輸入壓力值應(yīng)足夠慢，避免過沖現(xiàn)象，同時讀取標(biāo)準(zhǔn)器和被校壓力變送器的示值。

用公式（1）計(jì)算示值誤差Δp：

式（1）中：Δp-被校壓力變送器壓力示值誤差，單位為Pa、kPa 或MPa；px-被校壓力變送器壓力顯示值，單位為Pa、kPa 或MPa；pN-標(biāo)準(zhǔn)器壓力顯示值，單位為Pa、kPa 或MPa。

1.2 大氣壓傳感器現(xiàn)場校準(zhǔn)方法[2]

對大氣壓傳感器的校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法。

將標(biāo)準(zhǔn)表與被校大氣壓傳感器緊貼在一起或處于相鄰的同一水平面，盡量減小附近的空氣流動，待顯示值穩(wěn)定后讀取標(biāo)準(zhǔn)表和被校大氣壓傳感器顯示值，取一次數(shù)值為最終結(jié)果。

用公式（2）計(jì)算示值誤差ΔpB：

式（2）中：ΔpB-被校大氣壓傳感器示值誤差，單位為Pa、kPa 或MPa；pBx-被校大氣壓傳感器顯示值，單位為Pa、kPa 或MPa；pBN-標(biāo)準(zhǔn)表顯示值，單位為Pa、kPa 或MPa。

2 不確定度評定示例

2.1 壓力變送器測量結(jié)果不確定度評定示例

2.1.1 測量模型

按上述公式（1）計(jì)算。

2.1.2 根據(jù)測量模型計(jì)算各個不確定度分量

為得到由重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1，連續(xù)測量十次所得數(shù)據(jù)為：1.000 4 MPa、1.000 2 MPa、1.000 6 MPa、1.000 7 MPa、1.000 7 MPa、1.000 6 MPa、1.000 7 MPa、1.000 7 MPa、1.000 7 MPa、1.000 8 MPa，平均值1.000 6 MPa，由貝塞爾公式計(jì)算可得：u1=0.000 2 MPa。

為得到由標(biāo)準(zhǔn)器誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2，可由上級檢定證書得知標(biāo)準(zhǔn)器為0.05 級，其MPE=±0.001 MPa，其半寬為：0.001 MPa，按均勻分布，則

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表如表1 所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

2.1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

由各不確定度分量合成可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.4 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

計(jì)算擴(kuò)展不確定度：U=k×uc=0.0012 MPa，k=2。

2.1.5 相對擴(kuò)展不確定度計(jì)算

計(jì)算相對擴(kuò)展不確定度：

2.2 大氣壓傳感器測量結(jié)果不確定度評定示例

2.2.1 測量模型

按上述公式（2）計(jì)算。

2.2.2 根據(jù)測量模型計(jì)算各個不確定度分量

為得到由重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1，連續(xù)測量十次所得數(shù)據(jù)為：101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa、101.5 kPa，平均值101.5 kPa，由貝塞爾公式計(jì)算可得：u1=0.0 kPa。

為得到由標(biāo)準(zhǔn)器誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2，可由于上級檢定證書得知標(biāo)準(zhǔn)器為0.05 級，其MPE=±0.08 kPa，其半寬為：0.08 kPa，按均勻分布，則

被校傳感器分辨力為0.1 kPa，由此可計(jì)算得到被校傳感器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3，按均勻分布，則：

分辨力和測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度取其中較大者，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總?cè)绫? 所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

2.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

2.2.4 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

計(jì)算擴(kuò)展不確定度U=k×uc=0.148 kPa，k=2。

2.2.5 相對擴(kuò)展不確定度計(jì)算

3 結(jié)論

對于條件多變且復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，編制一個行之有效的現(xiàn)場校準(zhǔn)方法，有助于公司、企業(yè)降低送校設(shè)備的時間成本。根據(jù)方法得出的不確定度分析結(jié)果給出合理建議，可在一定程度上減少客戶采購設(shè)備技術(shù)指標(biāo)過高的情況發(fā)生，降低設(shè)備采購成本。從多方面看，現(xiàn)場校準(zhǔn)方法的制定是一件值得深入研究并有利于推動行業(yè)發(fā)展的事情。