集成灶下吸式系統最大全壓效率測量不確定度評定及其應用

周 鑫 胡月軍 黃玲丹 陳海勇 陸林峰

（嘉興威凱檢測技術有限公司 嘉興 314001）

引言

集成灶產品是2000年以后才進入大眾視野的產品，起步較吸油煙機要晚許多。其下吸式系統的作用和吸油煙機等同都是油煙吸收的目的，所以多年以來，集成灶產品在空氣性能方面雖然沒有國家性標準的考核要求，但是行業內諸如浙江制造、領跑者等標準對其空氣性能考量中，也都是參考了吸油煙機GB/T 17713系列中的標準方法。近年來隨著人民生活水平的提高，人們對于家電產品的要求日益提升，集成灶產因具備了吸油煙機、蒸烤箱、灶具等具備多項功能同時占地面積又比上述各功能電器單獨配置要小，這使得其越來越受到消費者的青睞。過去幾年集成灶產品的市場滲透率逐年提升。對此，我也看到國家對集成灶產品的標準把控也在同步跟進。例如，2022年12月30日國家標準化管理委員會發布了GB/T 17713-2022《吸油煙機及其他烹飪煙氣吸排裝置》標準，定于2024年1月1日實施。該標準相較于上一版標準GB/T 17713-2011《吸油煙機》，對多個測試參數均有重新制定或修正方法。其中在適用的產品方面正式將下吸式系統引入到標準考核，這使得集成灶產品在性能方面有了國家性標準的考量方式。

筆者認真研讀了GB/T 17713-2022《吸油煙機及其他烹飪煙氣吸排裝置》標準的內容，發現該版本標準相較于老版來說，對于吸排煙裝置的測試方法和測試設備都做出了較大改動，兩版標準對于流量的確定用的是不同的方法：GB/T 17713-2011《吸油煙機》標準采用的是孔板測定流量，而GB/T 17713-2022《吸油煙機及其他烹飪煙氣吸排裝置》標準采用的是多噴嘴測定流量。為了對新的測試方法能有更加深入的了解，筆者本次經過多組測試研究，對集成灶下吸式系統的“最大全壓效率”進行了不確定度的評定，同時也對該測試項目中不確定度的主要影響因素做了簡單的分析。

1 最大全壓效率測量不確定度評定

1.1 數學模型

全壓效率的的計算公式為：

式中：

ηB—試驗工況下的全壓效率；

Qv—試驗工況下的風量，（m3/s）；

pFBn—空氣標準狀態下的全壓，（Pa）；

P—試驗工況下的主電機輸入功率，（W）。

式中：

pFBn—空氣標準狀態下的全壓，（Pa）；

ρN—空氣標準狀態下的空氣密度，（kg/m3），ρN=1.205 18 kg/m3；

ρa—試驗環境的空氣密度，（kg/m3）；

pFB—試驗工況下的全壓，（Pa）。

式中：

ρa—試驗環境的空氣密度，（kg/m3）；

pa—被測器具幾何中心高度的大氣壓，（Pa）；

pv—空氣中的水蒸氣分壓，這里約等于0Pa；

θa—環境熱力學溫度，（K）。θa=ta+273.15；ta=td[干球溫度計溫度（℃）]。

式中：

pFB—試驗工況下的全壓，（Pa）；

pS4—風室內的計示靜壓，（Pa）；

ρa—試驗環境的空氣密度，（kg/m3）；

Qv—試驗工況下的風量，（m3/s）；

A—器具出風口的截面積，（m2）。

式中：

Qv—試驗工況下的風量，（m3/s）；

ε—膨脹系數，取1；

ai—管路流量計的流量系數，無量綱，見GB/T 1236-2017中表4；

di—噴嘴喉道直徑，（m）；

Δp—風室內計示差壓，（Pa）。

ρa—試驗環境的空氣密度，（kg/m3）。

將式（2）～（5）代入（1）中可得：

1.2 輸入量ηB的標準不確定度的評定

輸入量ηB標準不確定度的來源主要有：

1）由重復性測量引入的標準不確定度。

2）由噴嘴喉道直徑di引入的標準不確定度。

3）由環境熱力學溫度θa引入的標準不確定度。

4）由被測器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標準不確定度。

5）由器具出風口的截面積A引入的標準不確定度。

6）由風室內的計示靜壓pS4引入的標準不確定度。

7）由風室內計示差壓Δp引入的標準不確定度。

8）由試驗工況下的主電機輸入功率P引入的標準不確定度。

1.2.1 由重復性測量引入的標準不確定度的評定

由重復性測量引入的標準不確定度，采用A類方法進行評定。

對被測量，用風量測試裝置在重復性條件下連續測量6次，得到一組測量值如表1。

表1 測量值

測量平均值=29.87（%）

所以由重復性測量引入的標準不確定度u0（ηB）

這里表示n次測量的算術平均值，這里n=6。

1.2.2 由噴嘴喉道直徑di引入的標準不確定度u（di）的評定

噴嘴喉道在制作時精度很高，其直徑對結果造成的影響非常小，故計算不確定度時忽略不計。

1.2.3 由環境熱力學溫度θa引入的標準不確定度u（θa）

查找校準證書可知，室溫為20 ℃左右時，環境溫度傳感器的偏差為±0.1 ℃，按照均勻分布。所以由環境熱力學溫度θa引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.2.4 由被測器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標準不確定度 u（pa）

查找說明書可知，大氣壓力傳感器的精度等級為0.25級，按照均勻分布。所以由被測器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.2.5 由器具出風口的截面積A引入的標準不確定度u（A）

器具出風口的截面積的極限偏差為0.001 m2，按照均勻分布。所以由器具出風口的截面積A引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.2.6 由風室內的計示靜壓pS4引入的標準不確定度u（pS4）

查找說明書可知，風室內的計示靜壓傳感器的量程為1 500 Pa，偏差為±0.5 %FS，按照均勻分布。所以由風室內的計示靜壓pS4引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.2.7 由風室內計示差壓Δp引入的標準不確定度u（Δp）

查找說明書可知，風室內的計示差壓的量程為1 500 Pa，偏差為±0.5 %FS，按照均勻分布。所以由風室內的計示差壓Δp引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.2.8 由試驗工況下的主電機輸入功率P引入的標準不確定度 u（P）

查找說明書可知，功率計的偏差為±0.5 %，按照均勻分布。所以由試驗工況下的主電機輸入功率P引入的標準不確定度為：

其靈敏度系數為：

1.3 合成標準不確定的評定（見表2）

表2 全壓效率不確定度一覽表

最大全壓效率的不確定度為：

1.4 擴展不確定度的評定

根據公式：

通常，取置信概率P=95 %，相應的取k=2。

計算得

所以

擴展不確定度U=1.004（%）（修約為1.00 %）（k=2）

1.5 測量不確定度的報告

ηB=（29.87±1.00）% k=2

2 結果的分析和應用

由全壓效率不確定度一覽表可知，器具的出風口截面積對于不確定度的影響最大，雖然風筒作為開模定制件，其本身的尺寸參數幾乎不會發生變化，但是可能由于搬運或者使用中的不正當操作使得風筒產生略微形變，對于測試結果的準確性就有十分大的影響，所以日常使用中對于風筒的維護和尺寸確認就尤為重要。

重復性測量、風室內計示差壓、風室內計示靜壓所引入的不確定度占比也是較大的。所以每次測試，測試的人機料法環盡量要保持一致，同時對于風室內計示差壓和靜壓要計入每一年的校準方案中。并且每次測試完成后，需要關注風室、噴嘴或者差壓計和靜壓計的噴嘴有無氣體泄漏。

3 未來的展望

近幾年集成灶產品的蓬勃發展使國家對于該產品愈發重視，包括但不限于發布了國家性標準來考核集成灶的相關性能參數；在強制性認證方面推出了集成灶產品的氣電一體化發證，來規范產品的安規認證。但是，對于消費者選購性能優秀的集成灶產品，并沒有一個國家性的標識來指引。而傳統的油煙機產品，在早些年就有了能效標識，人們在選購產品時對于不同品牌不同型號的產品的性能有一個直觀的認識，能夠更好的根據自己的需求選購產品。所以對于集成灶下吸式系統的能效標識考核規則的建立，或許會是國家接下去對這類產品的另一個規范方向。

4 結束語

本文通過“最大全壓效率”作為研究的參數，評估了實驗室在GB/T 17713標準換版后對于空氣性能項目的檢驗能力。文中先建立數學模型并找出影響的多個分量，然后分別使用不確定度的A類評定和B類評定來計算各影響量引入的不確定度，最終計算出該工況點的全壓效率的擴展不確定度。并根據評定結果，得出對于不確定的主要影響量，并且結合實際情況提出了相關優化措施。最后為行業的發展和人們生活的便利，提出了一點建議。