燃料消耗量不確定度評定

高冬梅

摘 要：基于《輕型汽車燃料消耗量試驗方法》GB/T 19233-2008對某乘用車進行碳平衡法油耗試驗，根據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）中對不確定度的定義和評定要求，將尾氣排放測試系統(tǒng)、底盤測功機等儀器和設(shè)備、環(huán)境條件、標準物質(zhì)、試驗操作等影響測量結(jié)果精度的因素進行定量分析，得出針對某次測量的不確定度評估報告。經(jīng)過分析得出：油耗的測量不確定度為0.172 L/100km，B類不確定度分量的貢獻較大。

關(guān)鍵詞：燃料消耗量；碳平衡法；測量不確定度

中圖分類號：U467.498 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0092-03

由于當代經(jīng)濟全球化、高新技術(shù)迅猛發(fā)展的需要，對各行業(yè)實驗室檢測和校準結(jié)果的可靠性要求越來越高，在許多情況下除了要獲得檢測或校準結(jié)果外，還要求知道檢測或校準結(jié)果的測量不確定度。作為檢測實驗室必須嚴格按照CNAS-CL07：2011《測量不確定度的要求》進行檢測活動。國際標準化組織已正式頒布了ISO/IEC導(dǎo)則98-3：2008《Guid to the Expression of Uncertainty in Measurement》簡稱2008版GUM及其一系列補充標準。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局組織修訂了JJF1059-1999。新規(guī)范JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》已于2012年12月3日發(fā)布，2013年6月3日實施。JJF1059.2-2012《用蒙特卡洛法評定測量不確定度》也于2012年12月21日發(fā)布，2013年6月21日實施。由此可見，檢測和校準實驗室引入測量不確定度是大勢所趨。本文就某乘用車燃料消耗量檢測做一下不確定度評估，以為客戶提供油耗檢測結(jié)果的可信程度做參考。

1 測量原理介紹

基于GB/T19233-2008的燃油消耗量試驗方法即碳平衡法測油耗，由于燃油在燃燒前后的碳含量是恒定不變的，由此可以根據(jù)污染中CO、THC、CO2的質(zhì)量計算出碳總量，再根據(jù)碳在燃油中的比例，推算出燃油消耗的總質(zhì)量及油耗。數(shù)學(xué)模型如下：

Mi：為氣態(tài)污染物i的排放量，THC、CO、CO2分別為污染物THC、CO、CO2的排放量，單位g/km；

Vmix：校準到標準狀態(tài)下（273.2K，101.33kPa）的稀釋排氣容積，單位L/試驗；

Qi：標準狀態(tài)下（273.2K，101.33kPa）污染物的密度，單位g/L；

Ci：氣態(tài)污染物的濃度，單位ppm；

d：試驗循環(huán)時車輛實際行駛距離，單位km；

D：15℃下試驗燃料的密度，單位kg/L；

FC：燃油消耗量，單位L/100km。

2 評定方法

根據(jù)《測量不確定度評定與表示》JJF1059-2012中對不確定的定義和評定要求，測量不確定度的評定方式分為A類、B類。A類不確定度評定適用于評定測量結(jié)果中的重復(fù)性引入的不確定度；B類不確定度評定適用于評定由檢測設(shè)備、標準物質(zhì)引入的不確定度。通常不確定度由A類、B類不確定度合成得到uc，對于一定置信水平下的擴展不確定度由置信因子與合成不確定度相乘得到。

不確定度評定分量分析。油耗試驗所使用的設(shè)備及標準物質(zhì)包括：排放分析系統(tǒng)、底盤測功機、環(huán)境倉、標氣和燃油。由設(shè)備和標準物質(zhì)引入的不確定度主要是排放分析系統(tǒng)、標氣、燃油密度和底盤測功機，該類不確定度按照B類不確定度評定。由環(huán)境、人員操作、駕駛員習(xí)慣、車輛狀態(tài)引入的不確定度按照A類不確定度評定。為了清晰的將各不確定度分量進行表示，采用魚刺骨圖形表示各分量，見圖1。

3 A類不確定度評定分析

人員操作的重復(fù)性會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是駕駛員操作加速踏板、制動踏板以及變速器擋位使實際循環(huán)解決理論循環(huán)時，每次試驗都會不一致。人員操作的重復(fù)性帶來的不確定度分量可采用A類評定方法，在相同條件下獨立做10次重復(fù)試驗，取得一組測量結(jié)果，見表1。

4 B類不確定度評定分析

4.1 不確定度分析

數(shù)學(xué)模型中各輸入量相互獨立，因此可以采用相對標準不確定度進行評定。可得：

（4）

（1） 排氣容積Vmix相對不確定度的評定：

由Vmix=Q*t，Q=C*P/，

可得：Vmix= t*C*P/

式中：t為試驗總時間/s；

C為文丘里標定系數(shù)；

P為文丘里入口處壓力/kPa；

T為文丘里入口處溫度/K。

由于t、C、P、T彼此獨立，符合JF1059-2012的4.4.2.3條的函數(shù)關(guān)系，于是：

1）時間t的相對標準不確定度：

查找測量儀說明書得知t的半寬△t=0.05s，服從均應(yīng)分布，故k=，=0.05/（1180*）≈0.0024% （t=1180s為標準中循環(huán)試驗時間）。

2）標定系數(shù)C的相對不確定度：

查找horiba分析儀文丘里CVS-7400T出廠檢驗報告的C標準偏差為0.0024（試驗使用的流量為8m3/min時的標準偏差）。

=0.0024/1.3874≈0.1729%

3）文丘里入口處壓力相對不確定度：

查說明書：該壓力測量裝置為TP-6501（Semi-conductor Sensor），測量范圍：0-106.6kPa，最大允許誤差：±0.1%fs，服從均勻分布，則k=，=0.1%/≈0.058%。

4）文丘里入口處溫度T相對不確定度：

查說明書：該溫度測量裝置型號為：Pt100歐姆，最大允許誤差±0.5%fs，測量范圍0-100℃。則測量誤差為±0.5% *100℃=±0.5K，服從均應(yīng)分布，k=，=0.5/273.2/≈0.1057%。

（2）污染物Ci相對不確定度。

污染物濃度測量引入的不確定度主要受排放分析儀的精度和標準氣體的不確定度影響，各污染物測量的相對不確定度見表2。由設(shè)備資料及標氣資料得到：

分析儀的線性度±2.0%RS，重復(fù)性±0.5%RS，漂移±2.0%RS/24h；C3H8的不確度（k=2）2%；CO的不確度（k=2）1%；CO2的不確度（k=2）1%。

按照各分析儀服從均勻分布，k=，則：

= （6）

（3）行駛距離d的相對標準不確定度。

由轉(zhuǎn)鼓說明書得：轉(zhuǎn)鼓距離測量最大允許誤差：±0.1%，服從均勻分布，k=，=0.1%/=0.0576%

（4）由4.1.1-4.1.3可計算CO、THC、CO2排放量的測量不確定度，見表3：

（5）燃油密度的不確定度由油品報告得到：密度測量誤差為1%，假設(shè)服從均勻分布，則=1%/=0.576%

本批試驗使用的油品的密度為0.7404kg/L，所以，=0.576%*0.7404kg/L=0.00426kg/L。

4.2 燃油消耗量測量不確定度分析

5 合成不確定度

將A類不確定度與B類不確定度進行合成，得到=0.086L/100km

擴展不確定度為0.172L/100km（取k=2）。

6 結(jié)語

由數(shù)據(jù)分析可知，排放試驗測試系統(tǒng)對油耗不確定度的貢獻為0.082L/100km，占總和油耗比例為48%；人為因素對油耗不確定度的貢獻為0.0249L/100km，所占比例為14%。由此可知，試驗測試系統(tǒng)對油耗檢測最終結(jié)果的不確定度貢獻大于人為因素。因此，只要嚴格按照法規(guī)操作，操作人員對最終結(jié)果的不確定度的貢獻是可以被接受的。同時，對于測試系統(tǒng)要加強管理，嚴格按照設(shè)備使用說明，定期對設(shè)備進行計量標定和保養(yǎng)，盡量使用精度高的標定設(shè)備對排放測試系統(tǒng)各類參數(shù)進行標定，以減小由標定設(shè)備引入的不確定度分量。由B類不確定度的分析中可見，B類不確定度的各分量中由CO2和油品密度引入的不確定度分量貢獻最大。因此在油耗檢測中一定要保證CO2分析儀的準確性和油品密度的精確性。

參考文獻

[1]環(huán)境保護部國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB18352.5-2013中國標準書號[S].中國環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

[2]全國法制計量技術(shù)委員會.JJF 1059-1999中國標準書號[S].1999.

[3]全國法制計量技術(shù)委員會.JJF 1059.1-2012中國標準書號[S].2012.

[4]周榮華.輕型汽車排放檢測設(shè)備的標定及其不確定度分析[D].上海：上海交通大學(xué)，2005.

[5]施昌言.不確定度評定與表示[G].廣東省科學(xué)技術(shù)實驗室聯(lián)合會.廣州.2011.

[6]輕型汽車燃料消耗量試驗方法.GB/T 19233-2008中國標準書號[S].中國標準出版社，2008.

[7]崔連波.乘用車燃料消耗量檢測不確定度評定[J].汽車技術(shù)，2012，（9）：45-49.

[8]葉松，邱建崗，李玲，等.輕型汽車燃料消耗量試驗不確定度評估[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2017，13（2）：21-24.