家用電磁灶能效標(biāo)識的計量檢測與不確定度分析

張金富

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

與其他傳統(tǒng)的加熱廚房用具相比，家用電磁灶作為高科技產(chǎn)品，具有安全衛(wèi)生、使用方便、加熱溫度可隨意調(diào)節(jié)、便于攜帶等特點，在生活中得到了廣泛應(yīng)用［1］。家用電磁灶的廣泛使用，給我們生活帶來了極大的便利，但部分廠家生產(chǎn)的電磁灶也存在能源利用效率偏低的問題。為實現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，提高終端用能產(chǎn)品的能源使用效率，國家發(fā)改委和國家質(zhì)檢總局于2004年聯(lián)合發(fā)布《能源效率標(biāo)識管理辦法》［2］。近年來，國家質(zhì)檢總局也發(fā)布了《家用電磁灶能源效率標(biāo)識計量檢測規(guī)則》，該規(guī)則旨在規(guī)范家用電磁灶能源效率的計量檢測方法，進(jìn)而提升產(chǎn)品的能源效率。

本文在給出家用電磁灶熱效率數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對家用電磁灶能效進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定和B類評定。在B類評定中綜合考慮了質(zhì)量測量、功率計電能量測量、非同步操作測量、溫升測量等引入的不確定度分量，經(jīng)過合成得出家用電磁灶能效的相對擴(kuò)展不確定度為0.42%，滿足家用電磁灶能源效率標(biāo)識計量檢測要求。

1 數(shù)字模型

1.1 單次測量的電磁灶熱效率計算公式為：

式中：

ηi—單次測量的電磁灶熱效率（i=1，2,3），%

c1—水的比熱容，取4.18，kJ/（kg·K）；

m1—水的質(zhì)量，kg；

c2—鍋身和鍋蓋的比熱容，取0.46，kJ/（kg·K）；

m2—鍋身和鍋蓋的總質(zhì)量，kg；

E—消耗的電能量，kWh；

Δt—溫升，K；

—單位換算常數(shù)為3.6×103，s/h。

三次測量熱效率的平均值作為電磁灶檢測樣本的熱效率值。根據(jù)不確定度合成原理，電磁灶熱效率值的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算公式為：

式中：

δλ—測量過程中，因啟動和停止操作不同步引入的測量不確定度。

1.2 靈敏系數(shù)

水質(zhì)量是計算熱效率的測量量，其靈敏系數(shù)cm1的計算公式如下：

平底標(biāo)準(zhǔn)鍋質(zhì)量是計算熱效率的測量量，其靈敏系數(shù)cm2的計算公式如下：

水的溫升是計算熱效率的測量量，其靈敏系數(shù)CΔt的計算公式如下：

消耗的電能量是計算熱效率的測量量，其靈敏系數(shù)cE的計算公式如下：

1.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定

以額定功率2 100W的平面電磁灶為檢測樣本，進(jìn)行10次獨立的重復(fù)測量。測量結(jié)果見表1。

用貝塞爾公式計算測量結(jié)果，可得A類方法評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

三次測量熱效率的平均值作為電磁灶檢測樣本的熱效率值。得到：

表1 電磁灶熱效率測量結(jié)果

1.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定

1.4.1 質(zhì)量測量引入的不確定度

質(zhì)量測量的不確定度來源于電子天平的測量誤差。依據(jù)檢定/校準(zhǔn)證書和有關(guān)資料，已知電子秤稱重的最大允許偏差為±3g，按矩形分布估計。質(zhì)量測量引入的不確定度包括平底標(biāo)準(zhǔn)鍋質(zhì)量測量引入的不確定度和水質(zhì)量測量引入的不確定度。

平底標(biāo)準(zhǔn)鍋質(zhì)量測量引入的不確定度：

水質(zhì)量測量引入的不確定度：

1.4.2 溫升測量引入的不確定度

溫度測量引入的不確定度來源于數(shù)字溫度計的測量誤差。依據(jù)檢定/校準(zhǔn)證書和有關(guān)資料，已知數(shù)字溫度計的最大允許誤差為±0.1℃。按矩形分布估計，則水初始溫度測量引入的不確定度：

水終止溫度測量引入的不確定度

溫升測量引入的不確定度

1.4.3 功率計電能量測量引入的不確定度

根據(jù)功率計檢定/校準(zhǔn)證書和說明書，功率計電能量測量最大允許誤差為±0.05%，按矩形分布估計。則功率計電能量測量引入的不確定度：

1.4.4 非同步操作測量引入的不確定度

電磁灶熱效率測量過程中，涉及被測樣本和測量儀器同步啟動和停止的操作。測量中不可避免的存有不同步操作，依據(jù)經(jīng)驗，手動操作產(chǎn)生的最大同步時間差為±0.3s,由此引起的電能量測量最大變化±0.2Wh，則非同步操作測量引入的不確定度：

1.4.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

公式（3）至公式（6）中涉及的測量量取多次測量的平均值，計算出各個靈敏系數(shù)，從而得到熱效率測量的各不確定度分量，見表2。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

取10次獨立測量值的平均值94.29%作為測量結(jié)果，則相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

表2 測量不確定度分量一覽表

1.4.6 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則熱效率的相對擴(kuò)展不確定度為：

2 結(jié)束語

GB21456-2008《家用電磁灶能效限定值及能源效率等級》僅規(guī)定能效限定值及能效等級，而對具體的檢測方法及不確定度等沒有進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定［3］。針對這一現(xiàn)狀，本文在簡要分析家用電磁灶能源效率標(biāo)識計量檢測現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對家用電磁灶能效進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定和B類評定，在B類評定中綜合考慮了質(zhì)量測量、功率計電能量測量、非同步操作測量、溫升測量等引入的不確定度分量，經(jīng)過合成得出家用電磁灶能效的相對擴(kuò)展不確定度為0.42%，滿足家用電磁灶能源效率標(biāo)識計量檢測要求［4］。

［1］郭艷萍.家用電磁灶能效檢測技術(shù)研究［J］.家電科技，2011（10）.

［2］陳劍，張少君，徐善偉.家用電磁灶線圈盤對熱效率測試影響的研究［J］.中國測試，2012（11）.

［3］GB21456-2008.家用電磁灶能效限定值及能源效率等級［S］．

［4］JJF1261.3-2010.家用電磁爐能源效率標(biāo)識計量檢測規(guī)則［S］．