論家用燃?xì)饪焖贌崴鳠嵝蕼y量不確定度

彭金東

【摘要】本文針對家用燃?xì)饪焖贌崴鳠嵝蕼y量不確定度進(jìn)行了簡要研討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】家用燃?xì)?快速熱水器;熱效率;測量;不確定度

1基本方法及計算原理

1.1測試方法

燃?xì)饪焖贌崴鞯念~定熱負(fù)荷效率和50%熱負(fù)荷效率的檢測是依據(jù)GB6932-2015《家用燃?xì)饪焖贌崴鳌泛虶B20665-2015《家用燃?xì)饪焖贌崴骱腿細(xì)獠膳療崴疇t能效限定值及能效等級》規(guī)定的方法。在0-2燃?xì)鈼l件下，使用額定燃?xì)鈮毫?.1MPa水壓，熱水器進(jìn)水溫度為20±1℃，熱水器運行15min后進(jìn)行熱效率測試。測額定熱負(fù)荷效率時，調(diào)節(jié)出水溫度比進(jìn)水溫度高40±1K;50%熱負(fù)荷效率測試時，出水溫度比進(jìn)水溫度高20±1K。本文使用了熱水器能效自動測試臺進(jìn)行檢測，通過多次重復(fù)測量和查閱各測量設(shè)備的計量證書，根據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》最終評定熱效率測試結(jié)果的不確定度。

1.2熱效率計算數(shù)學(xué)模型

家用燃?xì)饪焖贌崴鳠嵝视嬎愎饺缦拢?/p>

其中，M為出熱水量，單位kg/min;C為水的比熱，4.19×10-3MJ/kg·K;t2為出水溫度，單位℃;t1為進(jìn)水溫度，單位℃;Qi為實測燃?xì)庵心辰M分的低熱值，單位MJ/m3;fi為實測燃?xì)庵心辰M分的體積分?jǐn)?shù)，單位%;V為實測燃?xì)饬髁?，單位L/min;tg為燃?xì)鉁囟?，單位?Pa為試驗時的大氣壓力，單位kPa;Pm為試驗時燃?xì)饬髁坑媰?nèi)燃?xì)鈮毫?，單位kPa;Ps為溫度tg時的飽和水蒸氣壓力，單位kPa。（當(dāng)使用干式流量計測量時，Ps值應(yīng)乘以試驗燃?xì)獾南鄬穸冗M(jìn)行修正）。

2不確定度分析評定

2.1不確定度來源

測量不確定度分為A類不確定度和B類不確定度。在燃?xì)鉄崴鞯臒嵝蕼y試中，測量不確定度主要來源于各個被測物理量，包括測量儀器的計量性能的局限性和在相同條件下被測量重復(fù)觀測值的變化等。

2.2測試原始數(shù)據(jù)

型號為JSQ24-A（天然氣12T）家用燃?xì)饪焖贌崴鳂悠?，在額定負(fù)荷狀態(tài)下，對大氣壓力、燃?xì)鉁囟取⒘髁坑媰?nèi)壓力、熱水器前燃?xì)鈮毫?、燃?xì)饬髁?、進(jìn)水溫度、出水溫度、熱水流量分別進(jìn)行記錄，獲得12組數(shù)據(jù)如表2所示。在50%額定負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)，對大氣壓力、燃?xì)鉁囟?、流量計?nèi)壓力、熱水器前燃?xì)鈮毫?、燃?xì)饬髁?、進(jìn)水溫度、出水溫度、熱水流量分別進(jìn)行測量，獲得12組數(shù)據(jù)如表3所示。使用100%甲烷作為測試燃?xì)?，燃?xì)獾蜔嶂禐?4.02MJ/m3。

2.3A類不確定度

A類不確定度主要來源于對被測量重復(fù)測試的變化。對被測量進(jìn)行獨立重復(fù)觀測，通過得到的一系列測試值，用統(tǒng)計分析方法獲得實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s（x）。當(dāng)用算術(shù)平均值作為被測量估計值時，被測量估計值的A類不確定度可按公式計算：

其中，公式中的實驗標(biāo)準(zhǔn)差s（xi）可用貝塞爾公式求得，如公式：

被測量算術(shù)平均值可用公式求得：

熱水器在額定負(fù)荷狀態(tài)下，大氣壓力、燃?xì)鉁囟取⒘髁坑媺毫?、熱水器前壓力、燃?xì)饬髁?、進(jìn)水溫度、出水溫度、出熱水流量、經(jīng)多次重復(fù)測量后，其A類不確定度和自由度可知：

熱水器在50%額定負(fù)荷狀態(tài)下，大氣壓力、燃?xì)鉁囟取⒘髁坑媺毫?、熱水器前壓力、燃?xì)饬髁?、進(jìn)水溫度、出水溫度、出熱水流量經(jīng)多次重復(fù)測量后，其A類不確定度和自由度如表5所示。

2.4B類不確定度的評定

在本次測試中，所測量物理量的不確定度通過測量儀器的校準(zhǔn)證書獲得，即B類不確定度。所有測量儀器的計量證書均指明了儀器的擴(kuò)展不確定度U（xi）以及包含因子k或置信概率p的大小，正態(tài)分布下置信概率p與包含因子k的關(guān)系，所測量物理量的B類不確定度uB（x）可通過公式求得：對于正態(tài)分布，uB（x）的自由度可通過公式求得：因此，熱水器在額定負(fù)荷狀態(tài)下，所測量物理量的B類不確定度可知：熱水器在50%額定負(fù)荷狀態(tài)下，所測量物理量的B類不確定度如下表：使用100%甲烷作為測試燃?xì)?，不考慮由燃?xì)獬煞忠氲牟淮_定度。

2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

合成不確定度可通過公式求得：

其中稱為靈敏系數(shù)ci，合成不確定度的自由度可通過公式計算得出：

在額定熱負(fù)荷狀態(tài)下，熱效率的合成不確定度uc（η）為0.85%，其有效自由度為445;50%額定熱負(fù)荷狀態(tài)，熱效率的合成不確定度uc（η）為1.04%，其有效自由度為561。

2.6擴(kuò)展不確定度評定

擴(kuò)展不確定度U由合成不確定度uc乘包含因子k得到，按公式計算：

測量結(jié)果可用公式表示，其中y是被測量Y的估計值。y可按公式計算得到：

燃?xì)鉄崴鳠嵝师堑墓烙嬛蛋垂焦接嬎悖?/p>

當(dāng)y和uc所表征的概率分布近似為正態(tài)分布時，且uc的有效自由度較大的情況下，k通常取2。因此，燃?xì)鉄崴鞯臒嵝师菧y量結(jié)果，按公式表示：

終上所述，改樣品的效率測量結(jié)果為：額定熱負(fù)荷熱效率為：Up=k×uc（η）=0.85%;η=89.67%±0.85%。50%額定熱負(fù)荷狀態(tài)下熱效率為：Up=k×uc（η）=1.04%;η=87.70%±1.04%

結(jié)語

不確定度來源識別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六個方面去地識別出影響結(jié)果的主要因素。本文講解JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的要求和不確定度的分析步驟，對影響家用燃?xì)鉄崴鳠嵝什淮_定度的各種因素的進(jìn)行評定，獲得本實驗室測量家用燃?xì)饪焖贌崴鳠嵝实臄U(kuò)展不確定度，為評估本實驗室測量結(jié)果的可靠性提供重要依據(jù)，同時充分體現(xiàn)了本實驗室自動化檢測設(shè)備精確的檢測能力。

參考文獻(xiàn)

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