家用電磁灶能效標識的計量檢測與不確定度分析

張金富

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

與其他傳統的加熱廚房用具相比，家用電磁灶作為高科技產品，具有安全衛生、使用方便、加熱溫度可隨意調節、便于攜帶等特點，在生活中得到了廣泛應用［1］。家用電磁灶的廣泛使用，給我們生活帶來了極大的便利，但部分廠家生產的電磁灶也存在能源利用效率偏低的問題。為實現節能降耗目標，提高終端用能產品的能源使用效率，國家發改委和國家質檢總局于2004年聯合發布《能源效率標識管理辦法》［2］。近年來，國家質檢總局也發布了《家用電磁灶能源效率標識計量檢測規則》，該規則旨在規范家用電磁灶能源效率的計量檢測方法，進而提升產品的能源效率。

本文在給出家用電磁灶熱效率數學模型的基礎上，對家用電磁灶能效進行標準不確定度的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，經過合成得出家用電磁灶能效的相對擴展不確定度為0.42%，滿足家用電磁灶能源效率標識計量檢測要求。

1 數字模型

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—鍋身和鍋蓋的總質量，kg；

E—消耗的電能量，kWh；

Δt—溫升，K；

—單位換算常數為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。根據不確定度合成原理，電磁灶熱效率值的合成標準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

水質量是計算熱效率的測量量，其靈敏系數cm1的計算公式如下：

平底標準鍋質量是計算熱效率的測量量，其靈敏系數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cE的計算公式如下：

1.3 標準不確定度的A類評定

以額定功率2 100W的平面電磁灶為檢測樣本，進行10次獨立的重復測量。測量結果見表1。

用貝塞爾公式計算測量結果，可得A類方法評定的標準不確定度：

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果

1.4 標準不確定度的B類評定

1.4.1 質量測量引入的不確定度

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

平底標準鍋質量測量引入的不確定度：

水質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字溫度計的測量誤差。依據檢定/校準證書和有關資料，已知數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

根據功率計檢定/校準證書和說明書，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，依據經驗，手動操作產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 合成標準不確定度

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，從而得到熱效率測量的各不確定度分量，見表2。

合成標準不確定度

取10次獨立測量值的平均值94.29%作為測量結果，則相對合成標準不確定度：

表2 測量不確定度分量一覽表

1.4.6 擴展不確定度

取包含因子k=2，則熱效率的相對擴展不確定度為：

2 結束語

GB21456-2008《家用電磁灶能效限定值及能源效率等級》僅規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行詳細的規定［3］。針對這一現狀，本文在簡要分析家用電磁灶能源效率標識計量檢測現狀的基礎上，對家用電磁灶能效進行標準不確定度的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，經過合成得出家用電磁灶能效的相對擴展不確定度為0.42%，滿足家用電磁灶能源效率標識計量檢測要求［4］。

［1］郭艷萍.家用電磁灶能效檢測技術研究［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識計量檢測規則［S］．