家用电磁灶能效标识的计量检测与不确定度分析

张金富

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

与其他传统的加热厨房用具相比，家用电磁灶作为高科技产品，具有安全卫生、使用方便、加热温度可随意调节、便于携带等特点，在生活中得到了广泛应用［1］。家用电磁灶的广泛使用，给我们生活带来了极大的便利，但部分厂家生产的电磁灶也存在能源利用效率偏低的问题。为实现节能降耗目标，提高终端用能产品的能源使用效率，国家发改委和国家质检总局于2004年联合发布《能源效率标识管理办法》［2］。近年来，国家质检总局也发布了《家用电磁灶能源效率标识计量检测规则》，该规则旨在规范家用电磁灶能源效率的计量检测方法，进而提升产品的能源效率。

本文在给出家用电磁灶热效率数学模型的基础上，对家用电磁灶能效进行标准不确定度的A类评定和B类评定。在B类评定中综合考虑了质量测量、功率计电能量测量、非同步操作测量、温升测量等引入的不确定度分量，经过合成得出家用电磁灶能效的相对扩展不确定度为0.42%，满足家用电磁灶能源效率标识计量检测要求。

1 数字模型

1.1 单次测量的电磁灶热效率计算公式为：

式中：

ηi—单次测量的电磁灶热效率（i=1，2,3），%

c1—水的比热容，取4.18，kJ/（kg·K）；

m1—水的质量，kg；

c2—锅身和锅盖的比热容，取0.46，kJ/（kg·K）；

m2—锅身和锅盖的总质量，kg；

E—消耗的电能量，kWh；

Δt—温升，K；

—单位换算常数为3.6×103，s/h。

三次测量热效率的平均值作为电磁灶检测样本的热效率值。根据不确定度合成原理，电磁灶热效率值的合成标准不确定度计算公式为：

式中：

δλ—测量过程中，因启动和停止操作不同步引入的测量不确定度。

1.2 灵敏系数

水质量是计算热效率的测量量，其灵敏系数cm1的计算公式如下：

平底标准锅质量是计算热效率的测量量，其灵敏系数cm2的计算公式如下：

水的温升是计算热效率的测量量，其灵敏系数CΔt的计算公式如下：

消耗的电能量是计算热效率的测量量，其灵敏系数cE的计算公式如下：

1.3 标准不确定度的A类评定

以额定功率2 100W的平面电磁灶为检测样本，进行10次独立的重复测量。测量结果见表1。

用贝塞尔公式计算测量结果，可得A类方法评定的标准不确定度：

三次测量热效率的平均值作为电磁灶检测样本的热效率值。得到：

表1 电磁灶热效率测量结果

1.4 标准不确定度的B类评定

1.4.1 质量测量引入的不确定度

质量测量的不确定度来源于电子天平的测量误差。依据检定/校准证书和有关资料，已知电子秤称重的最大允许偏差为±3g，按矩形分布估计。质量测量引入的不确定度包括平底标准锅质量测量引入的不确定度和水质量测量引入的不确定度。

平底标准锅质量测量引入的不确定度：

水质量测量引入的不确定度：

1.4.2 温升测量引入的不确定度

温度测量引入的不确定度来源于数字温度计的测量误差。依据检定/校准证书和有关资料，已知数字温度计的最大允许误差为±0.1℃。按矩形分布估计，则水初始温度测量引入的不确定度：

水终止温度测量引入的不确定度

温升测量引入的不确定度

1.4.3 功率计电能量测量引入的不确定度

根据功率计检定/校准证书和说明书，功率计电能量测量最大允许误差为±0.05%，按矩形分布估计。则功率计电能量测量引入的不确定度：

1.4.4 非同步操作测量引入的不确定度

电磁灶热效率测量过程中，涉及被测样本和测量仪器同步启动和停止的操作。测量中不可避免的存有不同步操作，依据经验，手动操作产生的最大同步时间差为±0.3s,由此引起的电能量测量最大变化±0.2Wh，则非同步操作测量引入的不确定度：

1.4.5 合成标准不确定度

公式（3）至公式（6）中涉及的测量量取多次测量的平均值，计算出各个灵敏系数，从而得到热效率测量的各不确定度分量，见表2。

合成标准不确定度

取10次独立测量值的平均值94.29%作为测量结果，则相对合成标准不确定度：

表2 测量不确定度分量一览表

1.4.6 扩展不确定度

取包含因子k=2，则热效率的相对扩展不确定度为：

2 结束语

GB21456-2008《家用电磁灶能效限定值及能源效率等级》仅规定能效限定值及能效等级，而对具体的检测方法及不确定度等没有进行详细的规定［3］。针对这一现状，本文在简要分析家用电磁灶能源效率标识计量检测现状的基础上，对家用电磁灶能效进行标准不确定度的A类评定和B类评定，在B类评定中综合考虑了质量测量、功率计电能量测量、非同步操作测量、温升测量等引入的不确定度分量，经过合成得出家用电磁灶能效的相对扩展不确定度为0.42%，满足家用电磁灶能源效率标识计量检测要求［4］。

［1］郭艳萍.家用电磁灶能效检测技术研究［J］.家电科技，2011（10）.

［2］陈剑，张少君，徐善伟.家用电磁灶线圈盘对热效率测试影响的研究［J］.中国测试，2012（11）.

［3］GB21456-2008.家用电磁灶能效限定值及能源效率等级［S］．

［4］JJF1261.3-2010.家用电磁炉能源效率标识计量检测规则［S］．