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电饭锅产品热效率测试不确定度分析

发布时间:2015-07-16  〖字号:
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Uncertainty Assessment of Efficiency Test of Rice Cookers
李秀青
(威凯检测技术有限公司     广州   510663)

摘要:本文介绍了电饭锅热效率的测试方法,按照JJF 1059.1-2012《测量不确定评定与表示》的要求,详细分析电饭锅产品热效率测试不确定来源,对热效率测试不确定度进行评估。
关键词:电饭锅;热效率;不确定度;分析
Abstract:This paper introduces the test method for heating efficiency of rice cookers by the guidance of JJF 1059.1-2012: Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement. Then it detailedly analyzes the rice cookers heating efficiency test sources of uncertainty. Finally, it evaluates the uncertainty assessment of heating efficiency test.
Key words:rice cookers; heating efficiency; uncertainty; analysis

  不确定度是评定测量结果质量的主要依据,在产品能效检测中尤为重要。目前有些实验室在测量不确定度评估方面技术力量薄弱,存在分量分析不合理、计算和表述有误等问题。笔者根据自动电饭锅检测要求和不确定度的评估要求,对热效率测试项目进行不确定度分析。

  1自动电饭锅热效率不确定度分析
  1.1测量过程简述
  1)测量依据:GB 12021.6-2008《自动电饭锅能效限定值及能效等级》。
  2)测量方法:用称重法向内锅加水,达到额定容积的80%,测量初始水温。通电,并用电度表测量电饭锅的耗电能(量),当内锅水温升到90℃时,立即切断电源,读取耗电能(量)。用热电偶测量结束时内锅中水温最高温度值。根据公式计算热效率。
  3)评定结果的使用:符合上述条件的测量结果,一般可参照使用本不确定度评定方法。
  1.2 数学模型
  电饭锅热效率按公式计算:
                                       (1)
  式中:η为热效率,%;G为水的重量,kg;t1为初始水温,℃;t2为最高水温,℃;E为耗电能,W·h;1.16为常数,W·h/(k g·℃) 。 
  式中,各输入量的灵敏系数分别为 :
                                          (2)
                                               (3)
                                                 (4)
                                   (5)
  1.3不确定度来源分析
  从数学模型可以看出,电饭锅热效率测量结果不确定度由下列分量决定:
  1) 6次重复测量引入的标准不确定度,采用A类评定,保留小数点后两位可以忽略四舍五入引起误差的影响;
  2)初始水温t1测量的影响,包括数字温度计最大允许误差及其显示分辨力;
  3)试验用水量G测量的影响,包括电子秤的最大允许误差及其显示分辨力;
  4)消耗电能E测量的影响,包括电参数测量仪电能测量最大允许误差及其分辨力;
  5)最高水温t2测量的影响,包括水的对流引入的及数字温度计最大允许误差及其分辨力。
  1.4标准不确定度的计算
  1.4.1由重复性测量引入的标准不确定度u0,采用A类方法进行评定。
  重复测量6次,得到一组测量数据如表1。
  测量平均值= 85.11%
  所以由重复性测量引入的标准不确定度u0:
  = 8.18×10-4                            (6)
  这里表示n次测量的算术平均值,这里n=6。
  1.4.2试验用水量测量结果的标准不确定度u(G) 
  1)电子秤最大允许误差导致的标准不确定度u1(G) 
  电子秤的最大允许误差为 ±10g ,则半宽为 10 g,按均匀分布处理,则:
                              (7)
  2)电子秤分度值导致的标准不确定度u2(G)
  电子秤分度值为 5 g ,按均匀分布处理,则:
                         (8)
  3)标准不确定度u(G)可由u1(G)和u2(G)进行合成,综上可得:
         (9)
  1.4.3 初始水温测量结果的标准不确定度u(t1) 
  1)数字温度计最大允许误差导致的标准不确定度u1(t1),数字温度计的最大允许误差为0.2 ℃ ,则半宽为0.2℃,按均匀分布处理,则:
  u1(t1)=                                         (10)
  2)数字温度计显示分辨力导致的标准不确定度u2(t1)
  数字温度计显示分辨力为0.1℃,按均匀分布处理,则:
  u2(t1)==0.029 ℃                                      (11)
  3)标准不确定度u(t1)可由u1(t1)和u2(t1)进行合成,综上可得:
  u(t1)==0.119℃                           (12)
  1.4.4 最高水温t2测量结果的标准不确定度u(t2)
  除与u(t1)评定方法相同之外,对于最高水温t2还应考虑水的对流引入的误差,经过反复测量此值引入的标准不确定度得到其合成不确定度:
  u(t2)=0.514℃                           (13)
  1.4.5 消耗电能测量结果的标准不确定度u(E)
  电参数测量仪电能测量的标准不确定度u(E)的评定
  由于校准证书里没有修正值,无法直接使用校准证书的扩展不确定度,查看电参数测量仪WT500说明书,由于里面的最大允许误差没有直接给出,无法直接得出E的标准不确定度,采用如下方法:
  根据耗电量的数学模型: E = P×T
  令E=f(P,T)
  则

  其中。
  因为


  可得测量热效率时,消耗电能测量结果的标准不确定度u(E)=0.555 W·h。
  1.4.6标准不确定度一览表(见表2)
  1.5各输入量间的相关性
  根据热效率的数学模型可知,影响热效率的主要是水的重量G,初始水温t1,最高水温t2,耗电量E,4个变量,而且t1,t2,E之间可能存在着相关性,通过相关系数计算公式:
                                             (14)
  可得这三个变量间的相关系数分别为:
  r(t1, t2)=0.069
  r(t1, E)=-0.12
  r(t2, E)=0.98
  综上可知,t2与E的相关性比较大,在合成不确定度中还需考虑两者的相关性,其相关引入的值为:
  (15)
  1.6合成标准不确定的计算                                 
  实际测量时,得到一组数据,测量6次取其平均值。其中实验用水量G为3.200kg,初始水温t1为 22.9 ℃,最高水温t2为 92.4 ℃,消耗电能E为 303.122 W·h,则其灵敏系数可计算得到:
  c(G)=0.2660
  c(t2)=0.0122
  c(t1)=-0.0122
  c(E)=-2.81×10-3
  则合成不确定度为:

  =0.25%                                                                   (16)
  1.7扩展不确定度的评定
  根据公式:
  通常,取置信概率p=95%,相应的取k=2。
  计算得U=k×uc(η)=1.04%,
  所以,扩展不确定度U=1.04%  (k=2)。

  2总结
  综上所述,自动电饭锅热效率测量不确定度主要分量来自功率计、温度记录仪、重复测量引入的不确定度、电子称,为了有效降低这些分量对测量结果的影响,实验室应尽可能选用高精度、高准确度的测量设备。同时,实验室应对测试环境温度进行监控,确保初始水温的一致性。

参考文献
[1] JJF 1059. 1-2012,测量不确定评定与表示[S].
[2]GB 12021. 6-2008 ,自动电饭锅能效限定值及能效等级[S].
[3]杨世元,吴国平. 电器质量检测不确定度[M].北京:中国标准出版社, 2001.

 

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