碳平衡法汽車燃料消耗量檢驗儀油耗量校準結果不確定度評定方法

黃利君 張守明

摘要：碳平衡法是根據燃料在發動機中燃燒后排氣中的碳質量總和與燃料燃燒前的碳質量總和相等的質量守衡定律，間接并準確地測算汽車燃料消耗量的方法。碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀廣泛適用于汽車產品質量監督檢驗站、機動車檢驗檢測機構和汽車生產企業。

Abstract： The carbon balance method is a method of indirectly and accurately measuring automobile fuel consumption based on the law of mass conservation that the total carbon mass in the exhaust after the fuel is burned in the engine is equal to the total carbon mass before the fuel is burned. Automobile fuel consumption detector by carbon balance method is widely used in automobile quality inspection stations and automobile production enterprises.

關鍵詞：碳平衡法;燃料消耗量;濃度參數;不確定度

Key words： carbon balance method;fuel consumption;concentration parameter;uncertainty

中圖分類號：U461.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0138-02

0? 引言

碳平衡檢測儀是利用汽車燃料在發動機中燃燒后排放氣體中的碳質量總和與燃料燃燒前的碳質量總和相等的質量守恒定律間接測量汽車燃料消耗量的設備。碳平衡檢測儀主要由含碳氣體濃度測量裝置（簡稱濃度測量裝置）、稀釋排放氣體流量測量裝置、排氣稀釋收集裝置和測控系統等構成。儀器根據含碳氣體濃度換算出汽車燃料消耗量。汽車燃料消耗量是換算給出的結果。依據JJF（皖）82-2020《碳平衡法汽車燃料消耗量檢驗儀校準規范》，其油耗量是碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀的終極參數，其它測量參數是油耗量的函數分量參數，因此，在進行油耗量的不確定度評定時，其過程自然涉及分量不確定度的評定。另外，由于油耗儀的油耗量和油耗間接標準值都是分量參數的計算而得出的結果，因此在評定不能進行重復計算分量參數的輸入量時，為方便評定，只需對油耗間接標準值進行分量參數的不確定度引入。

1? 測量方法

按JJF（皖）82-2020的方法，用標準氣體及流量、溫度、氣壓等測量儀器進行各測量參數的示值測量，然后得出誤差，再根據測量結果用逆推法得出燃油燃燒后含碳氣體在相應測量濃度下的近似標準值及流量近似標準值，然后計算出油耗標準值，從而得出油耗儀油耗量示值誤差。

2? 數學模型

2.1 油耗量的數學模型

根據JJF（皖）82-2020附錄A中A.3、A.4的計算式，進行合并可得：

代入氣體密度后整理得：

式中：FCs——汽車每秒燃油消耗量（mL/s）;

dF——15℃時燃料密度（kg/L）;

QX——修正后流量（L/s）;

R——氫碳比;

CHC——每秒稀釋排氣中HC氣體濃度（10-6）;

C——每秒稀釋排氣中CO氣體濃度（%V/V）;

C——經環境空氣CO2氣體濃度校正后的稀釋排氣中CO2氣體濃度（%V/V）;

C——每秒稀釋排氣中CO2氣體濃度（%V/V）;

d、d、d——分別為標準狀況下CO2、CO、HC氣體密度（g/L）。

其中R和dF為常數，與燃料類型有關。

2.2 濃度參數的數學模型

濃度參數校準的實施所采用的校準點與實際碳平衡儀的實際測量參數濃度是不一致的，因此濃度參數的數學模型應按下式處理（見JJF（皖）82-2020附錄A.2.1）：

式中：CX——某成分濃度參數值修正后濃度;

Cm——某成分濃度參數調取的濃度值;

——濃度測量裝置對調取數據所在區間量程上限的測量平均值;

——濃度測量裝置對調取數據所在區間量程下限的測量平均值;

C——區間量程上限校準氣體的濃度值;

C——區間量程下限校準氣體的濃度值。

注：區間量程下限為零時，區間量程下限校準氣體的濃度值為零，因濃度測量裝置進行示值誤差檢測時已進行調零。上式中、、C、C由濃度測量裝置進行示值誤差檢測時給出，做好數值對應即可。

2.3 流量參數的數學模型

流量參數的數學模型為JJF（皖）82-2020附錄A.2.2：

式中：QX——修正后流量（L/s）;

Qm——調取的經儀器內部溫度、壓力校準的流量值（L/s）;

？駐Q——調取的流量點的流量示值誤差（L/s）。

3? 方差

以上分量獨立互不相關。

令：

則

為避免Qx靈敏系數較為冗長給計算帶來復雜性，則以相對方差表述傳遞關系，則FCs的相對方差的關系式為：

各分項參數的方差見以下評定過程。

4? 標準不確定度評定

4.1 氣體成分引入的標準不確定度？滋（Cx）

根據 得

該式中為組分x（分別為CO2、CO、HC）氣體標準物質的標準不確定度，由標物證書給出。為相應組分x對儀器進行測量時重復性引起的標準不確定度。為調出數據的標準不確定度，可以看成儀器的示值刻線，可認為。

4.2 流量參數引入的標準不確定度？滋（Qx）

該式中？滋（Qs）為標準流量計在該流量處的標準不確定度，由證書給出。？滋（Qm）為在該流量下進行測量時重復性引起的標準不確定度。

5? 合成標準不確定度

油耗量合成標準不確定度為：

其中

6? 擴展不確定度U

取包含因子k=2，則：

或

7? 結束語

與其它多數直接測量量值的儀器所不同的是碳質量平衡法燃油消耗量測量方法是間接油耗測量方法，相信通過上述原理及測量方法介紹，不確定度過程分析能使你對碳平衡法汽車燃料消耗量檢驗儀油耗量校準結果不確定度評定有更深的認識和了解，能夠對你校準碳平衡油耗儀有所幫助。

參考文獻：

[1]GB/T 18566-2011，道路運輸車輛燃料消耗量檢測評價方法[S].

[2]JT/T 1013-2015，碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀[S].

[3]JJF（皖）82-2020，碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀校準規范[S].