浅述碳平衡油耗仪测量结果不确定度的评定

崔素梅 高顺 申海 王克喜 王伟

天津市计量监督检测科学研究院 天津 300192

概述

随着我国经济的飞速发展，机动车数量也在迅猛增长，环境空气污染逐步加重，全球能源日益紧张，作为燃油消耗大国，有效控制并减少燃油消耗量成为重中之重[1-2]。依据GB18565-2016《道路运输车辆综合性能要求和检验方法》和GB/T18566-2011《道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法》的要求，燃用柴油或汽油、额定总质量大于3.5t的在用营运客车和营运货车均需要检测燃料消耗量[3-5]。提高燃油车燃油经济性，减少燃油消耗量，快速而又准确地掌握燃油规律，减少尾气排放，对环境保护具有重要意义。

燃油消耗量的检测方法分为直接法和间接法两种。直接法需要专业人员拆解油路，容易损坏车辆原有的油路结构，且复杂、费时。间接法不需要拆解油路，方便、快捷，容易操作。碳平衡法是间接法中最常用的方法之一。

碳平衡油耗仪根据燃油在发动机中燃烧前碳总质量与燃烧后碳总质量相等的质量守恒定律测算汽车燃油消耗量[6-7]，主要由含碳气体浓度测量装置、稀释排气流量测量装置、排气稀释收集装置和测控系统等组成。用碳平衡油耗仪测量燃油车燃油消耗量，无须拆解发动机油路，简单、方便、易操作，得到了汽车性能检测站的广泛青睐。碳平衡油耗仪示值准确与否至关重要，本文对碳平衡油耗仪测量结果不确定度进行评定，为碳平衡油耗仪溯源提供了有力的支持。

1 测量数学模型

利用标准CO2气体对碳平衡油耗仪进气管进行喷射，记录碳平衡油耗仪测量值。将充装标准CO2气体的气瓶放置在电子天平上，记录喷射前后气瓶的电子天平上的示值。以喷射前后气瓶电子天平之差作为标准值，碳平衡油耗仪测量值与标准值之差即为绝对示值误差，本文以相对示值为数学模型进行不确定度分析。

式中，δ——相对示值误差，%；

C——第i次碳平衡油耗仪的测量值，g；

C0——第i次喷射的CO2标准值，g。

因为各分量互不相关，则：

灵敏系数：

2 标准不确定度评定[3]

2.1 碳平衡油耗仪测量结果重复性引入的标准不确定度

在相同的条件下，选取150g为测定点，重复测量10次，碳平衡油耗仪示值误差为1.8%、2%、1.5%、2.5%、2.8%、2.4%、2.3%、1.2%、1.8%、2.1%，单次试验标准差为：

实际测量时，以3次测量的算术平均值作为测量结果，则可得到标准不确定度为：

2.2 标准气体引入的标准不确定度

由标准气体物质证书可知，U=1%，k=2，其引入的标准不确定度为：

2.3 标准器电子天平引入的标准不确定度

标准器电子天平准确度为±0.1g，按均匀分布分析，在测定点150g时，其引入的标准不确定度为：

3 合成标准不确定度评定

标准不确定度分量汇总如下：

表1 标准不确定度分量一览表

以上各分量互不相关，故合成标准不确定度为

4 扩展不确定度评定

取k=2，则扩展不确定度为：Urel=0.57%×2=1.2%

5 结束语

机动车数量的不断增加，带来的尾气排放愈发严重，有效控制尾气排放成为环境保护中重要措施之一。快速而准确地掌握燃油规律，有助于减少尾气排放带来的环境污染。掌握油耗规律的方法分为直接法和间接法。直接法需要专业人员操作，复杂，没有被广泛应用。间接法快速、方便，得到广泛应用，尤其是碳平衡法。

碳平衡油耗仪用于测量燃油车燃油消耗量，广泛应用于汽车性能检测站，碳平衡油耗仪示值准确与否至关重要，本文参考GB18565-2016《道路运输车辆综合性能要求和检验方法》、GB/T18566-2011《道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法》以及JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》等技术文件，对碳平衡油耗仪测量结果不确定度进行了评定，为碳平衡油耗仪溯源提供了技术支撑，对有效控制并减少燃油消耗量具有一定的实际意义。