炊用燃气大锅灶热效率测量不确定度计算
时间：2023-06-03 18:50:26 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
苏运坤 史贺
1、国家燃气用具产品质量检验检测中心（佛山）
2、国家日用金属制品质量检验检测中心（沈阳）
炊用燃气大锅灶主要应用于酒店、饭店、食堂等餐饮类场所，是一种耗能量高、强制性国家标准推行的能效产品。为了降低商用燃气灶具的能耗和实现节能管理，国家标准GB 30531-2014《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》将其能效等级分为三个等级。炊用燃气大锅灶热效率的1级为65%，2级为55%，3级为45%，节能评价值为能效等级2级[1]。在炊用燃气大锅灶热效率的测量过程中，试验方法和仪器设备等各方面因素都会对其产生影响，依据我国推行的GB/T 27025-2019《检测和校准实验室能力的通用要求》规定，实验室出具的证书和报告应包含与被测量相同单位的测量不确定度或被测量相对形式的测量不确定度（如百分比）[2]。因此，热效率作为衡量节能降耗的重要指标，有必要对炊用燃气大锅灶测量结果不确定度进行计算和分析。
选取额定热负荷为25kW，气源为天然气（12T），型号为SDGT25-A的炊用燃气大锅灶作为试验样品，按照标准规定方法对其热效率进行测量。在0-2试验气条件下及热态条件下点燃燃烧器，向锅中加入其有效容积的75%的加热水量，温度计由锅中心插入水深1/4处。水初温取室温加5℃，水终温取水初温加45℃。试验过程中，在低于水初温和水终温5℃时开始搅拌，达到水初温和水终温时停止搅拌，并关掉燃气，停止计算燃气耗气量[3]。
炊用燃气大锅灶热效率计算公式：
式中：M为试验用锅加热水量[kg]；
Cp为水的比热容[4.20×10-3 MJ/(kg·℃)]；
t2为试验锅内水终温[℃]；
t1为试验锅内水初温[℃]；
Qi为试验燃气低热值[MJ/m3]；
V耗为实测燃气消耗量[L]；
tg为燃气温度[℃]；
Pamb为大气压力[kPa]；
Pg为灶前压力[kPa]；
PV为tg时的饱和水蒸气压力[kPa]。
4.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源于各个被测物理量，由若干不确定分量组成，包括在相同条件下被测物理量重复观测值的变化和测量仪器设备计量的局限性等。用统计分布的方法对观测值进行的不确定度评定叫A类评定，对观测值用不同于统计分布的方法进行的不确定度评定叫B类不确定度[4]。由于使用纯甲烷作为试验燃气对炊用燃气大锅灶热效率的测量，因此不引入燃气低热值的不确定度。在试验过程中，考虑被测试物理量在重复性条件下引入的A类不确定度，以及从仪器设备的校准证书中获得的B类不确定度，对炊用燃气大锅灶热效率进行不确定度评定。
因此，在本次炊用燃气大锅灶热效率测试过程中，被测物理量不确定度来源分为以下两类，A类不确定度：大气压力、燃气温度、灶前压力、实测燃气消耗量、试验用锅加热水量、试验用锅内水初温以及试验用锅内水终温的测量重复性；
B类不确定度：空盒气压计、燃气温度传感器、灶前压力传感器、燃气流量计、电子秤以及水温传感器的准确度。
4.2 原始数据
在额定热负荷下，对大气压力、燃气温度、灶前压力、实测燃气消耗量、试验锅的水初温、水终温及加热水量分别进行测量和记录，测得数据如表1所示。
表1 炊用燃气大锅灶热效率测量数据
4.3 A类不确定度评定
在被测物理量重复测试的基础上对A类不确定度进行评定。通过重复性或复现性试验，得到一组或多组数据，并用统计分析的方法计算出实验标准差。取多次测量数据的平均值作为最佳估计值，则估计值的A类不确定度可以根据下列公式计算。
测量数据的算术平均值计算公式为：
测量数据的实验标准差可用贝塞尔公式求得，如下式：
算术平均值的实验标准差为：
多次测量后，由重复观测产生的A类不确定度uA(x)为：
uA(x)的自由度为：
因此，各被测量物理量的的A类不确定度和自由度如表2所示。
表2 炊用燃气大锅灶热效率测量A类不确定度和自由度
在本次B类不确定度评定过程中，从测量仪器设备的校准证书或检定证书中获得扩展不确定度U(xi)以及包含因子k或置信概率p，正态分布下置信概率p与包含因子k的关系见下表。
表3 置信概率与包含因子
所测物理量的B类不确定度uB(x)可通过下式求得：
所测物理量的B类不确定度uB(x)的自由度可通过下式求得：
因此，各被测量物理量的B类不确定度和自由度如表4所示。
表4 炊用燃气大锅灶热效率测量B类不确定度和自由度
4.5 合成标准不确定度评定
炊用燃气大锅灶热效率的合成不确定度可通过下式求得：
炊用燃气大锅灶热效率合成不确定度的自由度可通过下式计算得出：
因此，各被测物理量的灵敏系数和不确定度分量，以及合成不确定度和自由度见表5。
表5 灵敏系数和不确定度分量
4.6 扩展不确定度评定
当y和Uc近似正态分布时，根据置信概率和包含因子关系取k为2，炊用燃气大锅灶热效率测量的扩展不确定度为：
综上所述，该炊用燃气大锅灶热效率的测量不确定结果为：
按JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求和分析步骤，对影响炊用燃气大锅灶热效率的各不确定度分量展开评定，获得实验室测量炊用燃气大锅灶热效率的扩展不确定度为0.7%，热效率的测量不确定结果为62.8%±0.7%，实验结果充分说明了，热效率不确定度的确定与燃气耗气量、燃气温度、燃气压力和加热水量等各被测物理量有着良好的关联性。
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