吳璋 / 安徽省計量科學(xué)研究院

0 引言

洗衣機能效檢測參數(shù)的測量不確定度評定方法研究是實現(xiàn)能效檢測智能評定的重要理論依據(jù)。新版國標(biāo)GB/T 4288-2018《家用和類似用途電動洗衣機》與上一版本標(biāo)準(zhǔn)相比改動較大，但目前計量技術(shù)規(guī)范尚未修訂，因此，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)首先確定洗衣機能效參數(shù)計算方法，并研究確定各能效檢測參數(shù)的測量不確定度評定方法。

1 洗衣機能效參數(shù)計算方法

洗衣機能效測試需要評價洗衣機的用電量、用水量、脫水性能、漂洗性能等性能指標(biāo)，根據(jù)GB/T 4288-2018、GB 12021.4-2013《電動洗衣機能效水效限定值及等級》、JJF 1261.8-2017《電動洗衣機能源效率計量檢測規(guī)范》，各參量的計算方法如下[1-5]。

1.1 耗電量

工作周期耗電量按式（1）計算：

式中：E——工作周期耗電量，kW·h/cycle；

E1——在額定容量下洗凈性能試驗全過程總耗電量，kW·h/cycle；

E2——在半載容量下洗凈性能試驗全過程總耗電量，kW·h/cycle

洗衣機單位洗滌容量用電量按式（2）計算：

式中：e——洗凈性能試驗全過程的用電量，kW·h；

m——試驗負(fù)載質(zhì)量，kg

計算結(jié)果保留到小數(shù)點后四位。

滾筒式洗衣機洗凈性能全過程用電量按式（3）修正：

式中：Et——洗凈性能試驗全過程直接測得的用電量，kW·h；

Ec——洗凈性能試驗全過程用電量修正值，kW·h

洗凈性能試驗全過程用電量修正值Ec按式（4）計算：

式中：Vc——在洗凈性能試驗全過程中加熱的水量，L；

tc——洗衣機進水口的實際溫度，℃

能效等級中單位功效耗電量Ee根據(jù)式（5）計算：

式中：Ee——單位功效耗電量，kW·h/kg；

Ie——能效補償系數(shù)，波輪式全自動洗衣機和雙桶洗衣機取0.75，滾筒式洗衣機取0.85

1.2 用水量

工作周期用水量按式（6）計算：

式中：W——工作周期用水量，L/cycle；

W1——在額定容量下洗凈性能試驗全過程總用水量，L/cycle；

W2——在半載容量下洗凈性能試驗全過程總用水量，L/cycle

洗衣機單位洗滌容量用水量按式（7）計算：

式中：W'——單位洗滌容量用水量，L；

w——洗凈性能試驗全過程用水量，L；

m——試驗負(fù)載質(zhì)量，kg

計算結(jié)果保留到小數(shù)點后兩位。

能效等級中單位功效用水量We根據(jù)式（8）計算：

式中：We——單位功效用水量，L/kg；

Iw——供水效益補償系數(shù)，取0.70；

W1——在額定容量下洗凈性能試驗全過程總用水量，L；

W2——在半載容量下洗凈性能試驗全過程總用水量，L；

m'——額定洗滌容量，kg

1.3 脫水性能

全自動洗衣機、雙桶洗衣機待洗凈試驗最后環(huán)節(jié)脫水運行結(jié)束后，稱量試驗負(fù)載質(zhì)量，含水率按式（9）計算：

式中：H——含水率；

m1——洗滌前干燥狀態(tài)下試驗負(fù)載質(zhì)量，kg；

m2——脫水后試驗負(fù)載質(zhì)量，kg

計算結(jié)果保留到小數(shù)點后一位。

1.4 漂洗性能

GB/T 4288-2008中使用的漂洗性能試驗方法存在由試驗用水引入的影響因素等較大的問題，易造成試驗結(jié)果不穩(wěn)定，試驗重復(fù)性較差。因此，在新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4288-2018中提出了以“去除率”為基礎(chǔ)，通過計算最終織物上的洗滌劑殘留量與漂洗率來評價洗衣機漂洗性能的試驗方法[6-7]。新漂洗性能試驗方法的計算過程如式（10）（11）（12）所示。其中漂洗液去除率按式（10）計算：

式中：Pr——漂洗液去除率；

uHCl——滴定殘留漂洗溶液中鹽酸用量的平均值，mL；

vHCl——滴定試驗用水中鹽酸用量的平均值，mL；

VHCl——滴定主洗滌溶液中鹽酸用量的平均值，mL

洗滌劑殘留量按照式（11）計算：

式中：Q——每千克干燥試驗負(fù)載的洗滌劑殘留量，g/kg；ρ=1.0 kg/L

n——洗滌時，洗滌劑總添加量，g；

H——含水率 ；

ρ——殘留漂洗溶液濃度，通常取ρ=1.0 kg/L；

VC——主洗滌水量，L

漂洗率按照式（12）計算：

式中：P——漂洗率；

m——試驗負(fù)載質(zhì)量，kg

計算結(jié)果保留到小數(shù)點后一位。

2 不確定度評定方法

洗衣機能效檢測中各參量測量模型均適用于GUM評定方法，JJF 1261.8-2017中測量不確定度評定示例亦采用了GUM法，因此，本文將基于GUM法提出洗衣機能效檢測中單位功效耗電量、單位功效用水量、漂洗性能和脫水性能的不確定度評定方法，并根據(jù)洗衣機能效檢測實際測量模型，提出采用極差法替代貝塞爾公式法評定A類不確定度的計算方案。

2.1 耗電量

對單位功效耗電量進行不確定度評定，對被測洗衣機進行n次獨立重復(fù)試驗，根據(jù)式（5），需要對E1、E2分別進行不確定度評定。

式（13）是根據(jù)貝塞爾公式計算測量結(jié)果的A類不確定度：

B類不確定度評定由數(shù)字功率計引入的不確定度，根據(jù)校準(zhǔn)證書得到數(shù)字功率計測量不確定度為0.08%（k= 2），則功率計引入的不確定度分量為

耗電量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)式（15）計算：

取包含因子k= 2，則單位功效耗電量擴展不確定度為

2.2 用水量

對單位功效用水量進行不確定度評定，對被測洗衣機進行n次獨立重復(fù)試驗，根據(jù)式（8），需要對W1、W2分別進行不確定度評定。

式（18）是根據(jù)貝塞爾公式計算測量結(jié)果的A類不確定度：

B類不確定度評定由電磁流量計的誤差引入的不確定度，根據(jù)校準(zhǔn)證書得到流量計示值誤差的測量不確定度為0.06%（k= 2），則流量計引入的不確定度分量為

用水量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)式（20）計算：

取包含因子k= 2，則單位功效用水量擴展不確定度為

2.3 脫水性能

對含水率進行不確定度評定，根據(jù)式（9），以及不確定度合成原理，得到不確定度表達(dá)式（23）：

其中各項靈敏系數(shù)分別為

對被測洗衣機進行n次獨立重復(fù)試驗，根據(jù)貝塞爾公式得到A類不確定度計算式（24）：

B類不確定度評定由負(fù)載稱量用電子天平的誤差引入的不確定度，根據(jù)校準(zhǔn)證書得到負(fù)載稱量用電子秤最大允許誤差為δ=±1.5 g，按照矩形分布估計，則電子天平引入的不確定度分量為

根據(jù)不確定度合成公式，可得：

將式（26）代入式（23）即可計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

取包含因子k=2，則含水率擴展不確定度為

2.4 漂洗性能

根據(jù)本文2.1.4中所述，洗衣機漂洗性能按照式（10）（11）（12）計算，將式（10）（11）代入式（12）得：

考慮到參數(shù)中有含水率H，將計算含水率的式（9）代入式（12）得：

式中：P——漂洗率；

m''——干燥狀態(tài)試驗負(fù)載質(zhì)量，kg；

M——脫水后試驗負(fù)載質(zhì)量，kg；

ρ——殘留漂洗溶液濃度，通常取ρ=1.0 kg/L；

VC——主洗滌水量，L；

uHCl——滴定殘留漂洗溶液的鹽酸用量的平均值，mL；

vHCl——滴定試驗用水的鹽酸用量的平均值，mL；

VHCl——滴定主洗滌溶液的鹽酸用量的平均值，mL

根據(jù)不確定度合成原理，得到漂洗率測量不確定度表達(dá)式（30）：

其中各項靈敏系數(shù)分別為

n次獨立重復(fù)試驗，根據(jù)貝塞爾公式得到A類不確定度計算公式：

B類不確定度評定由經(jīng)驗或測量儀器不確定度引入的不確定度，其中部分分量B類不確定度計算方法前文已給出，u(M)、u(m'')按照式（25）計算，u(VC)按照式（19）計算。根據(jù)經(jīng)驗，滴定管最大誤差為

將式（19）（25）（31）（32）代入式（30）即可計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。取包含因子k= 2，則漂洗率擴展不確定度為

2.5 相對不確定度應(yīng)用

在實際測量中，計量技術(shù)機構(gòu)采用相對不確定度評價各參量測量結(jié)果的不確定度，與絕對量相比，相對不確定度更能反映不確定度與原始參量間的相對關(guān)系。

各參量相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算方法見式（34）：

取包含因子k= 2，則參量的相對擴展不確定度為

2.6 極差法評價

按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，洗衣機能效檢測中需要在額定容量（全載）和半載容量下對被測洗衣機各進行3次試驗，即在評定A類不確定度時，對同一被測量獨立重復(fù)測量的次數(shù)為n= 3。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定最常用的兩種方法為貝塞爾法和極差法，一般在測量次數(shù)較少（n< 10）時，極差法的計算結(jié)果優(yōu)于貝塞爾法[8]。因此，本文提出在實際評價中使用極差法替代貝塞爾公式法評定洗衣機能效檢測各參量的A類不確定度。

在重復(fù)性條件或復(fù)現(xiàn)條件下，對Xi進行n次獨立重復(fù)試驗，測得值中的最大值與最小值之差稱為極差，用符號R表示。在Xi可以估計接近正態(tài)分布的前提下，單個測得值xk的試驗標(biāo)準(zhǔn)差s(xk) 可按式（36）近似評定：

式中：R——極差；

C——極差系數(shù)

查表可知當(dāng)測量次數(shù)n= 3時，極差系數(shù)C= 1.69，代入式（34）即可得到單個測得值xk的試驗標(biāo)準(zhǔn)差s(xk)。

被測量估計值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式（37）計算：

3 結(jié)語

本文依據(jù)最新版國家標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)地列舉了洗衣機能效檢測中用電量、用水量、脫水性能、漂洗性能等參數(shù)的計算方法。通過參考JJF 1261.8-2017、JJF 1059.1-2012，研究提出新版標(biāo)準(zhǔn)計算方法下的不確定度評定方法，并在最后根據(jù)洗衣機能效檢測實際模型，提出采用極差法替代目前普遍應(yīng)用的貝塞爾法評定A類不確定度的設(shè)想，對提高實際計算結(jié)果的可靠性具有一定的幫助。