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，并且考慮參數之間的相關性，計算得到更加精確的炭罐初始工作能力測量不確定度結果。
關鍵詞：炭罐；初始工作能力；不確定度；相關性
1前言
根據標準要求，Ⅳ型蒸發排放試驗的排放限值由2.0g/test減小為0.70g/test-1.20g/test（根據車輛類別不同有所區別）（1）。因此，對汽油車燃油蒸發污染物控制系統——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具有并應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，并且考慮參數之間的相關性，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化，得到更精確的結果。
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量為W1；（2）用電子天平稱取50g碳粉，實際質量為W2；（3）使用振動給料機及量筒量取50g碳粉體積V1，重復進行三次，求平均值V2；（4）由下示公式求得炭罐的有效容積：（1）2.1.2數學模型。由測試程序可知，引起測量不確定度的原因有：W1，W2，V2量筒讀數時的誤差,V1測量重復性。其中，測量V1重復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，試驗測量結果如表1：2.2.1稱量炭罐碳粉質量的不確定度。u(W1)測量天平的最大允許誤差為±0.05g，區間半寬為0.05g，區間內服從均勻分布，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，區間半寬為2ml，區間服從均勻分布，包含因子為3，由此:（4）對重復性試驗單次測量結果的標準不確定度u2(V2)可用貝塞爾公式表示：其中，s1(V2)為量筒讀取體積讀數的標準偏差，m為試驗組數，n為每組的試驗次數。(6）其中，s2(V2)為稱取50g碳粉的隨機性造成的體積讀數的標準偏差。所以，重復性試驗單次測量結果的標準不確定度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；r(xi,xj)為輸入量(xi,xj)的相關系數，r(xi,xj)u(xi)u(xj)為相關性導致的方差，即協方差；u(xi),u(xj)為不確定度分量的不確定度。根據試驗過程，W1與W2，W1與V2之間不相關，W2與V2是線性關系，所以r(W1,W2)=0，r(W1,V2)=0，r(W2,V2)=1其中靈敏系數為：（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,質量為M2;（5）重復步驟（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數學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
試驗測量結果如表2：3.2.1測量重復性引起的不確定度。u（∆M)重復性試驗單次測量結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；因此，重復性試驗單次測量結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，區間半寬為0.05g。區間內服從均勻分布，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
根據式（9），其中靈敏系數：（19）（20）（21）其中相關系數：（22）分別代入公式（9）可得（23）
4結論
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《環境保護產品技術要求汽油車燃油蒸發污染物控制系統》.[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《環境保護產品技術要求汽油車燃油蒸發污染物控制系統》.
作者:張鳴稚 梁智健 陳展武 王風濱 單位:中汽研汽車檢驗中心（廣州）有限公司排放節能試驗研究部