集成灶下吸式系统最大全压效率测量不确定度评定及其应用

周 鑫 胡月军 黄玲丹 陈海勇 陆林峰

（嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314001）

引言

集成灶产品是2000年以后才进入大众视野的产品，起步较吸油烟机要晚许多。其下吸式系统的作用和吸油烟机等同都是油烟吸收的目的，所以多年以来，集成灶产品在空气性能方面虽然没有国家性标准的考核要求，但是行业内诸如浙江制造、领跑者等标准对其空气性能考量中，也都是参考了吸油烟机GB/T 17713系列中的标准方法。近年来随着人民生活水平的提高，人们对于家电产品的要求日益提升，集成灶产因具备了吸油烟机、蒸烤箱、灶具等具备多项功能同时占地面积又比上述各功能电器单独配置要小，这使得其越来越受到消费者的青睐。过去几年集成灶产品的市场渗透率逐年提升。对此，我也看到国家对集成灶产品的标准把控也在同步跟进。例如，2022年12月30日国家标准化管理委员会发布了GB/T 17713-2022《吸油烟机及其他烹饪烟气吸排装置》标准，定于2024年1月1日实施。该标准相较于上一版标准GB/T 17713-2011《吸油烟机》，对多个测试参数均有重新制定或修正方法。其中在适用的产品方面正式将下吸式系统引入到标准考核，这使得集成灶产品在性能方面有了国家性标准的考量方式。

笔者认真研读了GB/T 17713-2022《吸油烟机及其他烹饪烟气吸排装置》标准的内容，发现该版本标准相较于老版来说，对于吸排烟装置的测试方法和测试设备都做出了较大改动，两版标准对于流量的确定用的是不同的方法：GB/T 17713-2011《吸油烟机》标准采用的是孔板测定流量，而GB/T 17713-2022《吸油烟机及其他烹饪烟气吸排装置》标准采用的是多喷嘴测定流量。为了对新的测试方法能有更加深入的了解，笔者本次经过多组测试研究，对集成灶下吸式系统的“最大全压效率”进行了不确定度的评定，同时也对该测试项目中不确定度的主要影响因素做了简单的分析。

1 最大全压效率测量不确定度评定

1.1 数学模型

全压效率的的计算公式为：

式中：

ηB—试验工况下的全压效率；

Qv—试验工况下的风量，（m3/s）；

pFBn—空气标准状态下的全压，（Pa）；

P—试验工况下的主电机输入功率，（W）。

式中：

pFBn—空气标准状态下的全压，（Pa）；

ρN—空气标准状态下的空气密度，（kg/m3），ρN=1.205 18 kg/m3；

ρa—试验环境的空气密度，（kg/m3）；

pFB—试验工况下的全压，（Pa）。

式中：

ρa—试验环境的空气密度，（kg/m3）；

pa—被测器具几何中心高度的大气压，（Pa）；

pv—空气中的水蒸气分压，这里约等于0Pa；

θa—环境热力学温度，（K）。θa=ta+273.15；ta=td[干球温度计温度（℃）]。

式中：

pFB—试验工况下的全压，（Pa）；

pS4—风室内的计示静压，（Pa）；

ρa—试验环境的空气密度，（kg/m3）；

Qv—试验工况下的风量，（m3/s）；

A—器具出风口的截面积，（m2）。

式中：

Qv—试验工况下的风量，（m3/s）；

ε—膨胀系数，取1；

ai—管路流量计的流量系数，无量纲，见GB/T 1236-2017中表4；

di—喷嘴喉道直径，（m）；

Δp—风室内计示差压，（Pa）。

ρa—试验环境的空气密度，（kg/m3）。

将式（2）～（5）代入（1）中可得：

1.2 输入量ηB的标准不确定度的评定

输入量ηB标准不确定度的来源主要有：

1）由重复性测量引入的标准不确定度。

2）由喷嘴喉道直径di引入的标准不确定度。

3）由环境热力学温度θa引入的标准不确定度。

4）由被测器具几何中心高度的大气压pa引入的标准不确定度。

5）由器具出风口的截面积A引入的标准不确定度。

6）由风室内的计示静压pS4引入的标准不确定度。

7）由风室内计示差压Δp引入的标准不确定度。

8）由试验工况下的主电机输入功率P引入的标准不确定度。

1.2.1 由重复性测量引入的标准不确定度的评定

由重复性测量引入的标准不确定度，采用A类方法进行评定。

对被测量，用风量测试装置在重复性条件下连续测量6次，得到一组测量值如表1。

表1 测量值

测量平均值=29.87（%）

所以由重复性测量引入的标准不确定度u0（ηB）

这里表示n次测量的算术平均值，这里n=6。

1.2.2 由喷嘴喉道直径di引入的标准不确定度u（di）的评定

喷嘴喉道在制作时精度很高，其直径对结果造成的影响非常小，故计算不确定度时忽略不计。

1.2.3 由环境热力学温度θa引入的标准不确定度u（θa）

查找校准证书可知，室温为20 ℃左右时，环境温度传感器的偏差为±0.1 ℃，按照均匀分布。所以由环境热力学温度θa引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.2.4 由被测器具几何中心高度的大气压pa引入的标准不确定度 u（pa）

查找说明书可知，大气压力传感器的精度等级为0.25级，按照均匀分布。所以由被测器具几何中心高度的大气压pa引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.2.5 由器具出风口的截面积A引入的标准不确定度u（A）

器具出风口的截面积的极限偏差为0.001 m2，按照均匀分布。所以由器具出风口的截面积A引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.2.6 由风室内的计示静压pS4引入的标准不确定度u（pS4）

查找说明书可知，风室内的计示静压传感器的量程为1 500 Pa，偏差为±0.5 %FS，按照均匀分布。所以由风室内的计示静压pS4引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.2.7 由风室内计示差压Δp引入的标准不确定度u（Δp）

查找说明书可知，风室内的计示差压的量程为1 500 Pa，偏差为±0.5 %FS，按照均匀分布。所以由风室内的计示差压Δp引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.2.8 由试验工况下的主电机输入功率P引入的标准不确定度 u（P）

查找说明书可知，功率计的偏差为±0.5 %，按照均匀分布。所以由试验工况下的主电机输入功率P引入的标准不确定度为：

其灵敏度系数为：

1.3 合成标准不确定的评定（见表2）

表2 全压效率不确定度一览表

最大全压效率的不确定度为：

1.4 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

所以

扩展不确定度U=1.004（%）（修约为1.00 %）（k=2）

1.5 测量不确定度的报告

ηB=（29.87±1.00）% k=2

2 结果的分析和应用

由全压效率不确定度一览表可知，器具的出风口截面积对于不确定度的影响最大，虽然风筒作为开模定制件，其本身的尺寸参数几乎不会发生变化，但是可能由于搬运或者使用中的不正当操作使得风筒产生略微形变，对于测试结果的准确性就有十分大的影响，所以日常使用中对于风筒的维护和尺寸确认就尤为重要。

重复性测量、风室内计示差压、风室内计示静压所引入的不确定度占比也是较大的。所以每次测试，测试的人机料法环尽量要保持一致，同时对于风室内计示差压和静压要计入每一年的校准方案中。并且每次测试完成后，需要关注风室、喷嘴或者差压计和静压计的喷嘴有无气体泄漏。

3 未来的展望

近几年集成灶产品的蓬勃发展使国家对于该产品愈发重视，包括但不限于发布了国家性标准来考核集成灶的相关性能参数；在强制性认证方面推出了集成灶产品的气电一体化发证，来规范产品的安规认证。但是，对于消费者选购性能优秀的集成灶产品，并没有一个国家性的标识来指引。而传统的油烟机产品，在早些年就有了能效标识，人们在选购产品时对于不同品牌不同型号的产品的性能有一个直观的认识，能够更好的根据自己的需求选购产品。所以对于集成灶下吸式系统的能效标识考核规则的建立，或许会是国家接下去对这类产品的另一个规范方向。

4 结束语

本文通过“最大全压效率”作为研究的参数，评估了实验室在GB/T 17713标准换版后对于空气性能项目的检验能力。文中先建立数学模型并找出影响的多个分量，然后分别使用不确定度的A类评定和B类评定来计算各影响量引入的不确定度，最终计算出该工况点的全压效率的扩展不确定度。并根据评定结果，得出对于不确定的主要影响量，并且结合实际情况提出了相关优化措施。最后为行业的发展和人们生活的便利，提出了一点建议。