炭罐初始工作能力測量不確定度探究

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摘要：炭罐初始工作能力是衡量炭罐工作能力的一個重要指標。通過對炭罐的初始工作能力及有效容積的不確定度分別進行計算，并且考慮參數(shù)之間的相關(guān)性，計算得到更加精確的炭罐初始工作能力測量不確定度結(jié)果。

關(guān)鍵詞：炭罐；初始工作能力；不確定度；相關(guān)性

1前言

根據(jù)標準要求，Ⅳ型蒸發(fā)排放試驗的排放限值由2.0g/test減小為0.70g/test-1.20g/test（根據(jù)車輛類別不同有所區(qū)別）（1）。因此，對汽油車燃油蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)——炭罐的工作能力要求更加嚴苛。炭罐初始工作能力是衡量炭罐工作能力的一個重要指標，定義為炭罐老化試驗中，第五次與第六次的有效吸附量平均值與炭罐有效容積的比值（2），表征炭罐對碳氫化合物的吸附能力。檢測試驗室對各種校準類型都應(yīng)具有并應(yīng)用評定測量不確定度的程序（3），因此，本文采用丁烷法對炭罐初始工作能力測量不確定度進行評定。本文對炭罐的初始工作能力及有效容積的不確定度分別計算，并且考慮參數(shù)之間的相關(guān)性，從而對炭罐初始工作能力測量不確定度的評定方法進行優(yōu)化，得到更精確的結(jié)果。

2炭罐有效容積不確定度的確定

2.1測量不確定度原因的確定

2.1.1測試程序。有效容積的試驗程序為（4）：（1）用電子天平稱取炭罐碳粉質(zhì)量為W1；（2）用電子天平稱取50g碳粉，實際質(zhì)量為W2；（3）使用振動給料機及量筒量取50g碳粉體積V1，重復(fù)進行三次，求平均值V2；（4）由下示公式求得炭罐的有效容積：（1）2.1.2數(shù)學(xué)模型。由測試程序可知，引起測量不確定度的原因有：W1，W2，V2量筒讀數(shù)時的誤差,V1測量重復(fù)性。其中，測量V1重復(fù)性的不確定度來源為：（1）對碳粉的混合均勻度無評判標準，因此稱取50g碳粉時具有隨機性；（2）由于人眼誤差，量筒讀取體積讀數(shù)時具有隨機性。

2.2測定不確定分量的計算

對炭罐進行有效容積試驗，試驗測量結(jié)果如表1：2.2.1稱量炭罐碳粉質(zhì)量的不確定度。u(W1)測量天平的最大允許誤差為±0.05g，區(qū)間半寬為0.05g，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子為3，由此：（2）2.2.2稱量50g碳粉的不確定度u(W2)使用相同的電子天平稱量50g碳粉，因此，（3）2.2.3測量稱量。50g碳粉量筒的不確定性度u(V2)量筒的精度為±2ml，區(qū)間半寬為2ml，區(qū)間服從均勻分布，包含因子為3，由此:（4）對重復(fù)性試驗單次測量結(jié)果的標準不確定度u2(V2)可用貝塞爾公式表示：其中，s1(V2)為量筒讀取體積讀數(shù)的標準偏差，m為試驗組數(shù)，n為每組的試驗次數(shù)。(6）其中，s2(V2)為稱取50g碳粉的隨機性造成的體積讀數(shù)的標準偏差。所以，重復(fù)性試驗單次測量結(jié)果的標準不確定度u(V2)為：（7）其中νi為被測量的自由度；綜上所述，由于兩者獨立，所以u(V2)為：（8）2.3合成標準不確定度評定合成標準不確定度計算公式（5）為：（9）其中，uc(y)為合成標準不確定度；，為不確定度分量的靈敏系數(shù)；r(xi,xj)為輸入量(xi,xj)的相關(guān)系數(shù)，r(xi,xj)u(xi)u(xj)為相關(guān)性導(dǎo)致的方差，即協(xié)方差；u(xi),u(xj)為不確定度分量的不確定度。根據(jù)試驗過程，W1與W2，W1與V2之間不相關(guān)，W2與V2是線性關(guān)系，所以r(W1,W2)=0，r(W1,V2)=0，r(W2,V2)=1其中靈敏系數(shù)為：（10）（11)（12）分別代入式（9）可得（13)

3炭罐初始工作能力不確定度的確定

3.1測量不確定度原因的確定

3.1.1測試程序。炭罐工作初始能力的試驗程序（6）為：（1）對炭罐進行稱重，質(zhì)量為M1；（2）以40g/L的速率使炭罐吸附50%氮氣及50%正丁烷混合氣，直至輔助炭罐達到2g臨界值；（3）以25L/min的速率脫附炭罐，脫附氣體量為600個炭罐有效容積；（4）對炭罐進行稱重,質(zhì)量為M2;（5）重復(fù)步驟（1)～(4)六次；（6）由下示公式計算炭罐的初始工作能力：（14）3.1.2數(shù)學(xué)模型由試驗程序可知，引起測量不確定度的原因有：M1，M2，V。

3.2測定不確定分量的計算

試驗測量結(jié)果如表2：3.2.1測量重復(fù)性引起的不確定度。u（∆M)重復(fù)性試驗單次測量結(jié)果的標準不確定度為：（15）其中，s(∆M)為試驗標準偏差，n為試驗次數(shù)；因此，重復(fù)性試驗單次測量結(jié)果的每單位有效容積的標準不確定度為：（16）3.2.2稱量脫附前炭罐質(zhì)量的不確定度。u(M1)測量天平的測量范圍為0-4200g，最大允許誤差為±0.05g，區(qū)間半寬為0.05g。區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子為3，由此：（17）3.2.3稱量脫附后炭罐質(zhì)量的不確定度。u(M2)使用相同的電子天平，因此（18）3.2.4測量炭罐有效容積的不確定度。u(V)由上述可得

3.3合成標準不確定度評定

根據(jù)式（9），其中靈敏系數(shù)：（19）（20）（21）其中相關(guān)系數(shù)：（22）分別代入公式（9）可得（23）

4結(jié)論

對炭罐的初始工作能力及有效容積的不確定度分別進行計算，計算得到炭罐初始工作能力測量不確定度為0.065g/100ml。

參考文獻：

[1]GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（第六階段）.

[2]HJT390-2007《環(huán)境保護產(chǎn)品技術(shù)要求汽油車燃油蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)》.[3]ISO/IEC17025:2005-5-15《檢測和校準實驗室能力的通用要求》.

[4]QSOC-GZ-0026-P《炭罐用活性炭容積檢驗實施細則》.

[5]JJF-1059-1999《測量不確定度評定與表示》.[6]HJT390-2007《環(huán)境保護產(chǎn)品技術(shù)要求汽油車燃油蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)》.

作者:張鳴稚 梁智健 陳展武 王風(fēng)濱 單位:中汽研汽車檢驗中心（廣州）有限公司排放節(jié)能試驗研究部