集成灶下吸式系統(tǒng)最大全壓效率測量不確定度評定及其應(yīng)用

周 鑫 胡月軍 黃玲丹 陳海勇 陸林峰

（嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314001）

引言

集成灶產(chǎn)品是2000年以后才進(jìn)入大眾視野的產(chǎn)品，起步較吸油煙機(jī)要晚許多。其下吸式系統(tǒng)的作用和吸油煙機(jī)等同都是油煙吸收的目的，所以多年以來，集成灶產(chǎn)品在空氣性能方面雖然沒有國家性標(biāo)準(zhǔn)的考核要求，但是行業(yè)內(nèi)諸如浙江制造、領(lǐng)跑者等標(biāo)準(zhǔn)對其空氣性能考量中，也都是參考了吸油煙機(jī)GB/T 17713系列中的標(biāo)準(zhǔn)方法。近年來隨著人民生活水平的提高，人們對于家電產(chǎn)品的要求日益提升，集成灶產(chǎn)因具備了吸油煙機(jī)、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(chǎn)品的市場滲透率逐年提升。對此，我也看到國家對集成灶產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)把控也在同步跟進(jìn)。例如，2022年12月30日國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)，定于2024年1月1日實施。該標(biāo)準(zhǔn)相較于上一版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》，對多個測試參數(shù)均有重新制定或修正方法。其中在適用的產(chǎn)品方面正式將下吸式系統(tǒng)引入到標(biāo)準(zhǔn)考核，這使得集成灶產(chǎn)品在性能方面有了國家性標(biāo)準(zhǔn)的考量方式。

筆者認(rèn)真研讀了GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)該版本標(biāo)準(zhǔn)相較于老版來說，對于吸排煙裝置的測試方法和測試設(shè)備都做出了較大改動，兩版標(biāo)準(zhǔn)對于流量的確定用的是不同的方法：GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)采用的是孔板測定流量，而GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)過多組測試研究，對集成灶下吸式系統(tǒng)的“最大全壓效率”進(jìn)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(shù)學(xué)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(fēng)量，（m3/s）；

pFBn—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓，（Pa）；

P—試驗工況下的主電機(jī)輸入功率，（W）。

式中：

pFBn—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓，（Pa）；

ρN—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度，（kg/m3），ρN=1.205 18 kg/m3；

ρa(bǔ)—試驗環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）；

pFB—試驗工況下的全壓，（Pa）。

式中：

ρa(bǔ)—試驗環(huán)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(huán)境熱力學(xué)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(fēng)室內(nèi)的計示靜壓，（Pa）；

ρa(bǔ)—試驗環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）；

Qv—試驗工況下的風(fēng)量，（m3/s）；

A—器具出風(fēng)口的截面積，（m2）。

式中：

Qv—試驗工況下的風(fēng)量，（m3/s）；

ε—膨脹系數(shù)，取1；

ai—管路流量計的流量系數(shù)，無量綱，見GB/T 1236-2017中表4；

di—噴嘴喉道直徑，（m）；

Δp—風(fēng)室內(nèi)計示差壓，（Pa）。

ρa(bǔ)—試驗環(huán)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(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

輸入量ηB標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源主要有：

1）由重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2）由噴嘴喉道直徑di引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3）由環(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5）由器具出風(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

6）由風(fēng)室內(nèi)的計示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

7）由風(fēng)室內(nèi)計示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

8）由試驗工況下的主電機(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

1.2.1 由重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

由重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用A類方法進(jìn)行評定。

對被測量，用風(fēng)量測試裝置在重復(fù)性條件下連續(xù)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(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u0（ηB）

這里表示n次測量的算術(shù)平均值，這里n=6。

1.2.2 由噴嘴喉道直徑di引入的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（θa）

查找校準(zhǔn)證書可知，室溫為20 ℃左右時，環(huán)境溫度傳感器的偏差為±0.1 ℃，按照均勻分布。所以由環(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.4 由被測器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.5 由器具出風(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（A）

器具出風(fēng)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(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.6 由風(fēng)室內(nèi)的計示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（pS4）

查找說明書可知，風(fēng)室內(nèi)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(fēng)室內(nèi)的計示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.7 由風(fēng)室內(nèi)計示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Δp）

查找說明書可知，風(fēng)室內(nèi)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(fēng)室內(nèi)的計示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.8 由試驗工況下的主電機(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展不確定度的評定

根據(jù)公式：

通常，取置信概率P=95 %，相應(yīng)的取k=2。

計算得

所以

擴(kuò)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(jié)果的分析和應(yīng)用

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

重復(fù)性測量、風(fēng)室內(nèi)計示差壓、風(fēng)室內(nèi)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(jī)料法環(huán)盡量要保持一致，同時對于風(fēng)室內(nèi)計示差壓和靜壓要計入每一年的校準(zhǔn)方案中。并且每次測試完成后，需要關(guān)注風(fēng)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(chǎn)品的蓬勃發(fā)展使國家對于該產(chǎn)品愈發(fā)重視，包括但不限于發(fā)布了國家性標(biāo)準(zhǔn)來考核集成灶的相關(guān)性能參數(shù)；在強(qiáng)制性認(rèn)證方面推出了集成灶產(chǎn)品的氣電一體化發(fā)證，來規(guī)范產(chǎn)品的安規(guī)認(rèn)證。但是，對于消費者選購性能優(yōu)秀的集成灶產(chǎn)品，并沒有一個國家性的標(biāo)識來指引。而傳統(tǒng)的油煙機(jī)產(chǎn)品，在早些年就有了能效標(biāo)識，人們在選購產(chǎn)品時對于不同品牌不同型號的產(chǎn)品的性能有一個直觀的認(rèn)識，能夠更好的根據(jù)自己的需求選購產(chǎn)品。所以對于集成灶下吸式系統(tǒng)的能效標(biāo)識考核規(guī)則的建立，或許會是國家接下去對這類產(chǎn)品的另一個規(guī)范方向。

4 結(jié)束語

本文通過“最大全壓效率”作為研究的參數(shù)，評估了實驗室在GB/T 17713標(biāo)準(zhǔn)換版后對于空氣性能項目的檢驗?zāi)芰ΑＮ闹邢冉?shù)學(xué)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(kuò)展不確定度。并根據(jù)評定結(jié)果，得出對于不確定的主要影響量，并且結(jié)合實際情況提出了相關(guān)優(yōu)化措施。最后為行業(yè)的發(fā)展和人們生活的便利，提出了一點建議。