实验室工程师知识点分享：电饭锅产品热效率测试不确定度分析，技术人员建议必看！

摘要：本文介绍了电饭锅热效率的测试方法，按照JJF1059.1-2012《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

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Zui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Zui高水温，℃；E为耗电能，W·h；1.16为常数，W·h／(kg·℃) 。 
　　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Zui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Zui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Zui大允许误差及其分辨力；
　　5）Zui高水温t2测量的影响，包括水的对流引入的及数字温度计Zui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%
　　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Zui大允许误差导致的标准不确定度u1(G) 
　　电子秤的Zui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Zui大允许误差导致的标准不确定度u1(t1)，数字温度计的Zui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 Zui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Zui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Zui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，Zui高水温t2，耗电量E，4个变量，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 ℃，Zui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%，
　　扩展不确定度U=1.04%  (k=2)。

2

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。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.