燃料消耗量不确定度评定

高冬梅

摘 要：基于《轻型汽车燃料消耗量试验方法》GB/T 19233-2008对某乘用车进行碳平衡法油耗试验，根据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）中对不确定度的定义和评定要求，将尾气排放测试系统、底盘测功机等仪器和设备、环境条件、标准物质、试验操作等影响测量结果精度的因素进行定量分析，得出针对某次测量的不确定度评估报告。经过分析得出：油耗的测量不确定度为0.172 L/100km，B类不确定度分量的贡献较大。

关键词：燃料消耗量；碳平衡法；测量不确定度

中图分类号：U467.498 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0092-03

由于当代经济全球化、高新技术迅猛发展的需要，对各行业实验室检测和校准结果的可靠性要求越来越高，在许多情况下除了要获得检测或校准结果外，还要求知道检测或校准结果的测量不确定度。作为检测实验室必须严格按照CNAS-CL07：2011《测量不确定度的要求》进行检测活动。国际标准化组织已正式颁布了ISO/IEC导则98-3：2008《Guid to the Expression of Uncertainty in Measurement》简称2008版GUM及其一系列补充标准。国家质量监督检验检疫总局组织修订了JJF1059-1999。新规范JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》已于2012年12月3日发布，2013年6月3日实施。JJF1059.2-2012《用蒙特卡洛法评定测量不确定度》也于2012年12月21日发布，2013年6月21日实施。由此可见，检测和校准实验室引入测量不确定度是大势所趋。本文就某乘用车燃料消耗量检测做一下不确定度评估，以为客户提供油耗检测结果的可信程度做参考。

1 测量原理介绍

基于GB/T19233-2008的燃油消耗量试验方法即碳平衡法测油耗，由于燃油在燃烧前后的碳含量是恒定不变的，由此可以根据污染中CO、THC、CO2的质量计算出碳总量，再根据碳在燃油中的比例，推算出燃油消耗的总质量及油耗。数学模型如下：

Mi：为气态污染物i的排放量，THC、CO、CO2分别为污染物THC、CO、CO2的排放量，单位g/km；

Vmix：校准到标准状态下（273.2K，101.33kPa）的稀释排气容积，单位L/试验；

Qi：标准状态下（273.2K，101.33kPa）污染物的密度，单位g/L；

Ci：气态污染物的浓度，单位ppm；

d：试验循环时车辆实际行驶距离，单位km；

D：15℃下试验燃料的密度，单位kg/L；

FC：燃油消耗量，单位L/100km。

2 评定方法

根据《测量不确定度评定与表示》JJF1059-2012中对不确定的定义和评定要求，测量不确定度的评定方式分为A类、B类。A类不确定度评定适用于评定测量结果中的重复性引入的不确定度；B类不确定度评定适用于评定由检测设备、标准物质引入的不确定度。通常不确定度由A类、B类不确定度合成得到uc，对于一定置信水平下的扩展不确定度由置信因子与合成不确定度相乘得到。

不确定度评定分量分析。油耗试验所使用的设备及标准物质包括：排放分析系统、底盘测功机、环境仓、标气和燃油。由设备和标准物质引入的不确定度主要是排放分析系统、标气、燃油密度和底盘测功机，该类不确定度按照B类不确定度评定。由环境、人员操作、驾驶员习惯、车辆状态引入的不确定度按照A类不确定度评定。为了清晰的将各不确定度分量进行表示，采用鱼刺骨图形表示各分量，见图1。

3 A类不确定度评定分析

人员操作的重复性会对测量结果产生影响，尤其是驾驶员操作加速踏板、制动踏板以及变速器挡位使实际循环解决理论循环时，每次试验都会不一致。人员操作的重复性带来的不确定度分量可采用A类评定方法，在相同条件下独立做10次重复试验，取得一组测量结果，见表1。

4 B类不确定度评定分析

4.1 不确定度分析

数学模型中各输入量相互独立，因此可以采用相对标准不确定度进行评定。可得：

（4）

（1） 排气容积Vmix相对不确定度的评定：

由Vmix=Q*t，Q=C*P/，

可得：Vmix= t*C*P/

式中：t为试验总时间/s；

C为文丘里标定系数；

P为文丘里入口处压力/kPa；

T为文丘里入口处温度/K。

由于t、C、P、T彼此独立，符合JF1059-2012的4.4.2.3条的函数关系，于是：

1）时间t的相对标准不确定度：

查找测量仪说明书得知t的半宽△t=0.05s，服从均应分布，故k=，=0.05/（1180*）≈0.0024% （t=1180s为标准中循环试验时间）。

2）标定系数C的相对不确定度：

查找horiba分析仪文丘里CVS-7400T出厂检验报告的C标准偏差为0.0024（试验使用的流量为8m3/min时的标准偏差）。

=0.0024/1.3874≈0.1729%

3）文丘里入口处压力相对不确定度：

查说明书：该压力测量装置为TP-6501（Semi-conductor Sensor），測量范围：0-106.6kPa，最大允许误差：±0.1%fs，服从均匀分布，则k=，=0.1%/≈0.058%。

4）文丘里入口处温度T相对不确定度：

查说明书：该温度测量装置型号为：Pt100欧姆，最大允许误差±0.5%fs，测量范围0-100℃。则测量误差为±0.5% *100℃=±0.5K，服从均应分布，k=，=0.5/273.2/≈0.1057%。

（2）污染物Ci相对不确定度。

污染物浓度测量引入的不确定度主要受排放分析仪的精度和标准气体的不确定度影响，各污染物测量的相对不确定度见表2。由设备资料及标气资料得到：

分析仪的线性度±2.0%RS，重复性±0.5%RS，漂移±2.0%RS/24h；C3H8的不确度（k=2）2%；CO的不确度（k=2）1%；CO2的不确度（k=2）1%。

按照各分析仪服从均匀分布，k=，则：

= （6）

（3）行驶距离d的相对标准不确定度。

由转鼓说明书得：转鼓距离测量最大允许误差：±0.1%，服从均匀分布，k=，=0.1%/=0.0576%

（4）由4.1.1-4.1.3可计算CO、THC、CO2排放量的测量不确定度，见表3：

（5）燃油密度的不确定度由油品报告得到：密度测量误差为1%，假设服从均匀分布，则=1%/=0.576%

本批试验使用的油品的密度为0.7404kg/L，所以，=0.576%*0.7404kg/L=0.00426kg/L。

4.2 燃油消耗量测量不确定度分析

5 合成不确定度

将A类不确定度与B类不确定度进行合成，得到=0.086L/100km

扩展不确定度为0.172L/100km（取k=2）。

6 结语

由数据分析可知，排放试验测试系统对油耗不确定度的贡献为0.082L/100km，占总和油耗比例为48%；人为因素对油耗不确定度的贡献为0.0249L/100km，所占比例为14%。由此可知，试验测试系统对油耗检测最终结果的不确定度贡献大于人为因素。因此，只要严格按照法规操作，操作人员对最终结果的不确定度的贡献是可以被接受的。同时，对于测试系统要加强管理，嚴格按照设备使用说明，定期对设备进行计量标定和保养，尽量使用精度高的标定设备对排放测试系统各类参数进行标定，以减小由标定设备引入的不确定度分量。由B类不确定度的分析中可见，B类不确定度的各分量中由CO2和油品密度引入的不确定度分量贡献最大。因此在油耗检测中一定要保证CO2分析仪的准确性和油品密度的精确性。

参考文献

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