基于降低家用微波炉能效检测中热效率的不确定度浅述

基于降低家用微波炉能效检测中热效率的不确定度浅述

刘石永

关键词：家用微波炉；能效检测；热效率；不确定度

1、微波炉能效检测中热效率的测量不确定度

关于微波炉能效检测中热效率的测量不确定度已有学者进行研究，下面就数学模型和不确定度分量进行介绍，公式推导过程予以省略。根据GB24289-2010《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》附录A的要求，试验程序如下：测量开始时，器具和空容器在室温下达到稳定温度，水初始温度为10±1℃，在水被加入容器之前迅速测量水温，把1000g±5g的水加入到容器中，测得实际质量，把容器马上放到微波炉搁架中心上，启动微波炉，加热到20±2℃，然后切断电源，在60s内测量最终水温。根据式（1）算出微波炉热效率。

GB24289-2010《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》附录A中对试验仪器的精度要求和本次试验中所使用的仪精度，如图1中表1所示。

从表中可得知，本次试验所选用的仪器精度均满足附录A的要求。对公式1中的各个分量进行不确定度分析，并对各个分量进行多次测量，计算出各自的灵敏系数，以一次典型的试验数据为例（水质量1.000kg，玻璃容器质量0.410kg，初始环境温度20.1℃，初始水温10.7℃，终止试验温度20.0℃，试验消耗电能量：68792Ws），得到热效率测量的各不确定度分量，见图1中表2所示。

经计算合成的不确定度为0.6%。包含因子K=2，最终计算出扩展不确定度U=1.2%。由此可见，微波炉能效检测中热效率的测量不确定度较高。

图1

2、微波炉能效检测中热效率的测量不确定度分析

2.1测量过程的规范性

GB24289-2010《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》附录A要求先测量水温然后再将水迅速放入容器。如果先将水放入容器再测量水温会导致容器和水之间发生热传递，使容器温度变低，从而使样品检测时容器吸收微波能量升温，导致被测热效率降低。玻璃容器吸收热量计算公式为（2）式。Q=cm△t1（2）。c—玻璃容器比热容，取0.55，kJ/（kg?K）；m—玻璃容器的总质量，kg；△t1—水温升，K。计算得出△Q=2120J，引入的热效率误差约为3.1%，由此可知该因素对试验结果准确性影响很大，应严格按照标准要求进行试验以最大限度地降低该因素对试验结果的影响。

2.2环境温度的测量

GB24289-2010《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》附录A的对试验环境要求为20℃±5℃，在实际测试过程中并不是所有测试均在高精度恒温恒湿房间内进行，且环温的真值是难以测试的，如果测得的环境温度与容器温度存在差别，就会对测试结果造成影响。若测量误差为1℃，由公式2计算出=2260J，其引入的热效率误差为0.3%，为减小此项所引入的误差，可通过测量容器温度而非环境温度的方法来降低影响。

2.3测温装置的选择

相关规范要求使用0-100℃范围内准确度为±0.1℃的热电偶的测温装置，而实际测试中使用的热电偶精度通常达不到。以最常用的OMEGA高精度的特殊误差限（SLE后缀）T型热电偶线为例，其在20℃左右标称精度为±0.5°C，实际使用精度约为0.3℃，最终测量读数时由于分辨率不够还存在0.05℃的固有偏差。若测量误差为0.1℃，所造成的热效率误差为0.66%，由此可知该项对试验准确性影响较大。实际检测过程中可使用高精度的PT100配上分辨率为0.01℃的温度测量仪器。以OMEGA高精度的PT100铂电阻为例，其在20℃左右标称精度为±0.15℃，实际使用精度在0.1℃以内，可明显减小此项误差。

2.4工装的选择

相关规范要求搅拌装置和测温装置应为低热容材质，因为测温装置和搅拌装置放入容器会发生热传导，对结果造成影响。微波炉性能测试标准中对此有具体要求，给出了低热传导热电偶适配器的尺寸，要求材料为聚碳酸酯塑料，比热容为117kJ/（kg?K）。因此，在实际检测中，应该选择合适的工装，减小其对检测结果所带来的影响。当然，影响微波炉能效检测的不确定度的因素还有很多，如预热时间和加热时间的记录精度，容器放入微波炉的速度快慢等，在此仅对部分重要因素的进行分析。

结束语

本文结合GB24289-2010《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》中附录A规定的试验方法，计算出了微波炉热效率测试的合成测量不确定度，并对微波炉能效检测的不确定度主要来源进行了分析，根据分析的原因提出了相应的解决方法。微波炉能效检测由于测试时间短，人工操作步骤较多，对测量仪器和工装以及环境等要求较高等原因，其测量不确定度相比于其他小家电能效测试更高。试验人员在测量过程中应从设备仪器、人员经验、环境、工装等各方面因素进行考虑，提高微波炉能效检测的准确性。

参考文献

[1]CNAS-GL08.电气领域不确定度的评估指南[S].

[2]邵羽达.家用和类似用途微波炉能源效率检测的不确定度分析与评估[J].日用电器，2013.

[3]GB24289-2010.家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级[S].