炭罐初始工作能力测量不确定度探究
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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个重要指标。通过对炭罐的初始工作能力及有效容积的不确定度分别进行计算，并且考虑参数之间的相关性，计算得到更加精确的炭罐初始工作能力测量不确定度结果。
关键词：炭罐；初始工作能力；不确定度；相关性
1前言
根据标准要求，Ⅳ型蒸发排放试验的排放限值由2.0g/test减小为0.70g/test-1.20g/test（根据车辆类别不同有所区别）（1）。因此，对汽油车燃油蒸发污染物控制系统——炭罐的工作能力要求更加严苛。炭罐初始工作能力是衡量炭罐工作能力的一个重要指标，定义为炭罐老化试验中，第五次与第六次的有效吸附量平均值与炭罐有效容积的比值（2），表征炭罐对碳氢化合物的吸附能力。检测试验室对各种校准类型都应具有并应用评定测量不确定度的程序（3），因此，本文采用丁烷法对炭罐初始工作能力测量不确定度进行评定。本文对炭罐的初始工作能力及有效容积的不确定度分别计算，并且考虑参数之间的相关性，从而对炭罐初始工作能力测量不确定度的评定方法进行优化，得到更精确的结果。
2炭罐有效容积不确定度的确定
2.1测量不确定度原因的确定
2.1.1测试程序。有效容积的试验程序为（4）：（1）用电子天平称取炭罐碳粉质量为W1；（2）用电子天平称取50g碳粉，实际质量为W2；（3）使用振动给料机及量筒量取50g碳粉体积V1，重复进行三次，求平均值V2；（4）由下示公式求得炭罐的有效容积：（1）2.1.2数学模型。由测试程序可知，引起测量不确定度的原因有：W1，W2，V2量筒读数时的误差,V1测量重复性。其中，测量V1重复性的不确定度来源为：（1）对碳粉的混合均匀度无评判标准，因此称取50g碳粉时具有随机性；（2）由于人眼误差，量筒读取体积读数时具有随机性。
2.2测定不确定分量的计算
对炭罐进行有效容积试验，试验测量结果如表1：2.2.1称量炭罐碳粉质量的不确定度。u(W1)测量天平的最大允许误差为±0.05g，区间半宽为0.05g，区间内服从均匀分布，包含因子为3，由此：（2）2.2.2称量50g碳粉的不确定度u(W2)使用相同的电子天平称量50g碳粉，因此，（3）2.2.3测量称量。50g碳粉量筒的不确定性度u(V2)量筒的精度为±2ml，区间半宽为2ml，区间服从均匀分布，包含因子为3，由此:（4）对重复性试验单次测量结果的标准不确定度u2(V2)可用贝塞尔公式表示：其中，s1(V2)为量筒读取体积读数的标准偏差，m为试验组数，n为每组的试验次数。(6）其中，s2(V2)为称取50g碳粉的随机性造成的体积读数的标准偏差。所以，重复性试验单次测量结果的标准不确定度u(V2)为：（7）其中νi为被测量的自由度；综上所述，由于两者独立，所以u(V2)为：（8）2.3合成标准不确定度评定合成标准不确定度计算公式（5）为：（9）其中，uc(y)为合成标准不确定度；，为不确定度分量的灵敏系数；r(xi,xj)为输入量(xi,xj)的相关系数，r(xi,xj)u(xi)u(xj)为相关性导致的方差，即协方差；u(xi),u(xj)为不确定度分量的不确定度。根据试验过程，W1与W2，W1与V2之间不相关，W2与V2是线性关系，所以r(W1,W2)=0，r(W1,V2)=0，r(W2,V2)=1其中灵敏系数为：（10）（11)（12）分别代入式（9）可得（13)
3炭罐初始工作能力不确定度的确定
3.1测量不确定度原因的确定
3.1.1测试程序。炭罐工作初始能力的试验程序（6）为：（1）对炭罐进行称重，质量为M1；（2）以40g/L的速率使炭罐吸附50%氮气及50%正丁烷混合气，直至辅助炭罐达到2g临界值；（3）以25L/min的速率脱附炭罐，脱附气体量为600个炭罐有效容积；（4）对炭罐进行称重,质量为M2;（5）重复步骤（1)～(4)六次；（6）由下示公式计算炭罐的初始工作能力：（14）3.1.2数学模型由试验程序可知，引起测量不确定度的原因有：M1，M2，V。
3.2测定不确定分量的计算
试验测量结果如表2：3.2.1测量重复性引起的不确定度。u（∆M)重复性试验单次测量结果的标准不确定度为：（15）其中，s(∆M)为试验标准偏差，n为试验次数；因此，重复性试验单次测量结果的每单位有效容积的标准不确定度为：（16）3.2.2称量脱附前炭罐质量的不确定度。u(M1)测量天平的测量范围为0-4200g，最大允许误差为±0.05g，区间半宽为0.05g。区间内服从均匀分布，包含因子为3，由此：（17）3.2.3称量脱附后炭罐质量的不确定度。u(M2)使用相同的电子天平，因此（18）3.2.4测量炭罐有效容积的不确定度。u(V)由上述可得
3.3合成标准不确定度评定
根据式（9），其中灵敏系数：（19）（20）（21）其中相关系数：（22）分别代入公式（9）可得（23）
4结论
对炭罐的初始工作能力及有效容积的不确定度分别进行计算，计算得到炭罐初始工作能力测量不确定度为0.065g/100ml。
参考文献：
[1]GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（第六阶段）.
[2]HJT390-2007《环境保护产品技术要求汽油车燃油蒸发污染物控制系统》.[3]ISO/IEC17025:2005-5-15《检测和校准实验室能力的通用要求》.
[4]QSOC-GZ-0026-P《炭罐用活性炭容积检验实施细则》.
[5]JJF-1059-1999《测量不确定度评定与表示》.[6]HJT390-2007《环境保护产品技术要求汽油车燃油蒸发污染物控制系统》.
作者:张鸣稚 梁智健 陈展武 王风滨 单位:中汽研汽车检验中心（广州）有限公司排放节能试验研究部