秦玉清+劉實(shí)+朱志慶+葉麗紅

摘要用美國WAUKESHA的CFR公司生產(chǎn)的模擬型辛烷值機(jī)測(cè)定了汽油的辛烷值，并對(duì)測(cè)定過程的不確定度進(jìn)行了評(píng)估，將測(cè)量重復(fù)性、點(diǎn)火角度、進(jìn)氣溫度、大氣壓力及被測(cè)燃料的燃空比作為不確定度的考察對(duì)象，旨在通過不確定度的計(jì)算，確認(rèn)對(duì)研究法辛烷值檢測(cè)結(jié)果的主要影響因素。

關(guān)鍵詞測(cè)量不確定度；研究法辛烷值；合成不確定度；擴(kuò)展不確定度

辛烷值是表示汽油抗爆性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是車用汽油各種產(chǎn)品參數(shù)的關(guān)鍵項(xiàng)目。更高的辛烷值代表汽油具有更好的抗爆性，可以用在具有更高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)中，從而帶來更高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。國同諸多學(xué)者及相關(guān)工作人員也已經(jīng)對(duì)辛烷值的工作原理及操作、維護(hù)各多個(gè)方面進(jìn)行了較深入的研究，以何天亮為代表的工作者也對(duì)研究法辛烷值測(cè)定的不確定度進(jìn)行了研究，但他在進(jìn)行B類不確定度分量進(jìn)行考量時(shí)，沒有將試驗(yàn)機(jī)的具體參數(shù)進(jìn)行分解，而是將試驗(yàn)機(jī)的不確定度作為一個(gè)綜合分量參與了不確定度的合成。新的研究法辛烷值測(cè)定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5487-2015《汽油辛烷值測(cè)定法（研究法）》于2016年6月1日正式實(shí)施，對(duì)于研究法辛烷值測(cè)定的各項(xiàng)要求更加具體。作者利用滿足GB/T 5487-2015要求的美國WAUKESHA的CFR公司生產(chǎn)的模擬型研究法辛烷值試驗(yàn)機(jī)，測(cè)定了汽油燃料的研究法辛烷值，對(duì)將試驗(yàn)機(jī)的主要參數(shù)作為不確定度分量參與計(jì)算對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行了分析和考察，對(duì)影響測(cè)定的各項(xiàng)因素進(jìn)行了深入研究。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及樣品

實(shí)驗(yàn)使用位于美國威斯康星州WAUKESHA地區(qū)的CFR公司生產(chǎn)的模擬型辛烷值試驗(yàn)機(jī)，由可變壓縮比的單缸CFR發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸箱、熱力虹吸再循環(huán)夾套冷卻系統(tǒng)、通過9/16英寸文氏管輸送燃料的帶選擇閥的多燃料罐系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)等多部分組成，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為602r/min，標(biāo)準(zhǔn)工況下的進(jìn)排氣門間隙均為0.008±0.001英寸。

試驗(yàn)用燃料為從CFR公司采購的甲苯標(biāo)準(zhǔn)燃料和正庚烷標(biāo)準(zhǔn)燃料按照標(biāo)準(zhǔn)配制而成，甲苯：正庚烷的體積配比為74：26，按照GB/T 5487-2015的要求，該標(biāo)準(zhǔn)燃料的標(biāo)準(zhǔn)辛烷值為93.4辛烷值單位，允差為±0.3辛烷值單位。在辛烷值機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況下，采用GB/T5487-2015中的c法——壓縮比法測(cè)定汽油的研究法辛烷值。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

1）將試驗(yàn)機(jī)總電源打開，預(yù)熱儀器約1h，待潤滑油溫度達(dá)到57±8℃（135±15F）后，向各潤滑點(diǎn)加潤滑油。2）盤車2～3圈，向燃料杯中加入預(yù)熱用汽油后打開試驗(yàn)機(jī)電源，待潤滑油壓力達(dá)到25～30Psi區(qū)間后，松開手，讓電機(jī)拖動(dòng)試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)約1分鐘，打開點(diǎn)火、加熱等開關(guān)，再轉(zhuǎn)動(dòng)燃料杯閥向試驗(yàn)機(jī)供預(yù)熱用汽油，將計(jì)數(shù)器調(diào)低至試驗(yàn)機(jī)不爆震。3）查看大氣壓力，按照GB/T 5487-2015的要求調(diào)整計(jì)數(shù)器補(bǔ)償值和進(jìn)氣溫度值。4）將標(biāo)準(zhǔn)油和待測(cè)汽油加入不同的燃料杯，待進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度均達(dá)到設(shè)定值，試驗(yàn)機(jī)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)工況后向試驗(yàn)機(jī)供標(biāo)準(zhǔn)油，調(diào)節(jié)液位計(jì)中的液位高度和放大器，使標(biāo)準(zhǔn)油達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度。5）測(cè)定待測(cè)汽油在標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度下的計(jì)數(shù)器讀數(shù)，查操作表得到待測(cè)汽油的研究法辛烷值。

2不確定度來源的確定和模型分析

2.1測(cè)量重復(fù)性

在研究法辛烷值的測(cè)定過程中，由于分析儀溫度控制系統(tǒng)的限制，進(jìn)氣溫度會(huì)存在一定的波動(dòng)；樣品的氣化、樣品的均勻程度以及試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)也會(huì)對(duì)測(cè)定有一定的影響?？梢酝ㄟ^重復(fù)測(cè)定，用統(tǒng)計(jì)方法確定這些影響因素的不確定度分量，見圖1。

2.2點(diǎn)火角度

點(diǎn)火角度是影響測(cè)定結(jié)果的一個(gè)重要因素，會(huì)引起個(gè)辛烷值的明顯測(cè)定誤差。按照矩形分布進(jìn)行計(jì)算，取±0.2辛烷值單位作為計(jì)算半?yún)^(qū)間。

2.3進(jìn)氣溫度

試驗(yàn)機(jī)用的溫度計(jì)為英制單位，精度為1F，故用0.5F作為不確定度計(jì)算半?yún)^(qū)間，按照矩形分布計(jì)算。

2.4大氣壓力

大氣壓力表的最小分度為0.1kPa，故用0.05kPa，作為不確定度計(jì)算半?yún)^(qū)間，也采用矩形分布計(jì)算。

2.5被測(cè)燃料液位高度

得不到最佳燃空比會(huì)有±0.1個(gè)辛烷值的誤差，通過調(diào)節(jié)燃料液面調(diào)試的方式來實(shí)現(xiàn)不同燃空比的調(diào)整，同樣按照矩形分布進(jìn)行計(jì)算。

3各不確定度分量的定量

3.1A類不確定度的評(píng)估

對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析所作的評(píng)估：測(cè)量重復(fù)。在重復(fù)性條件下，對(duì)同一甲苯標(biāo)準(zhǔn)燃料從取樣開始獨(dú)立重復(fù)測(cè)量6次，測(cè)量結(jié)果見表1。

進(jìn)氣溫度波動(dòng)、樣品的氣化、樣品的均勻程度以及試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)4個(gè)不確定度分量都是影響A類不確定度的因素，均符合正態(tài)分布，可以通過反復(fù)測(cè)定予以消除，計(jì)算中將此4個(gè)不確定度分量歸為重復(fù)性來考察，而不再單獨(dú)考慮各自的影響情況。

在規(guī)范化常規(guī)測(cè)量時(shí)只是由一次測(cè)量就直接給出測(cè)量結(jié)果，假設(shè)某次的測(cè)量結(jié)果為93.35，則該測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urep就是實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S（X）=0.055、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0006。

3.2 B類評(píng)估

當(dāng)輸入量的估計(jì)量不是由重復(fù)觀測(cè)得到時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可用對(duì)估計(jì)量的有關(guān)信息或資料來評(píng)估。

1）點(diǎn)火角度。點(diǎn)火角度偏離0.5度就會(huì)引起±0.1個(gè)辛烷值的誤差（根據(jù)中國石化青島煉化公司檢驗(yàn)中心檢測(cè)數(shù)據(jù)）。標(biāo)準(zhǔn)不確定度為其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2）進(jìn)氣溫度。進(jìn)氣溫度升高或降0.5度會(huì)有±0.05個(gè)辛烷值的誤差（根據(jù)中國石化青島煉化公司檢驗(yàn)中心檢測(cè)數(shù)據(jù)）。標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3）大氣壓力。大氣壓力表讀數(shù)的影響很小，幾乎是沒有影響，因此按照相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.00001考慮，因其值太小，故不參與計(jì)算中。

4）燃料液位高度。得不到最佳燃?xì)獗葧?huì)有±0.1個(gè)辛烷值的誤差（根據(jù)中國石化青島煉化公司檢驗(yàn)中心檢測(cè)數(shù)據(jù)）。按照矩形分布進(jìn)行計(jì)算。即其相對(duì)不確定度為

4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

參照各不確定度分量直方圖，小于合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度三分之一的分量不參與計(jì)算，可以將不確定度合成公式簡(jiǎn)化如下：

表2列出了各不確定度分量，圖3為各不確定度分量的直方圖。

5擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

擴(kuò)展不確定度考慮95%的置信水平，此時(shí)包含因子約等于2，將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子得到擴(kuò)展不確定度U（RON）。

6結(jié)論

在本次參與測(cè)量不確定度評(píng)定的5個(gè)主要操作參數(shù)中，大氣壓力表計(jì)數(shù)的影響是最小的，幾乎在最終合成不確定度時(shí)可以忽略不計(jì)。在考察的B類不確定度分量中，通過燃料液位高度來改變的燃空比和試驗(yàn)機(jī)點(diǎn)火角度帶來的不確定度分量在總的不確定度中占比較高，同時(shí)由測(cè)定重復(fù)性引入的A類不確定度也有較大影響，這3項(xiàng)是組成不確定度的主要分量。B類不確定度分量中的進(jìn)氣溫度對(duì)于不確定度的貢獻(xiàn)相對(duì)要小一些。

由美國CFR公司生產(chǎn)的辛烷值試驗(yàn)機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的可變壓縮比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在測(cè)定辛烷值過程能夠引入的不確定度分量也非常復(fù)雜，本文無法逐一考察每種影響因素，只是針對(duì)幾個(gè)有代表性的重要參數(shù)進(jìn)行了考察評(píng)定，可能不夠全面也不夠完整，對(duì)于辛烷值試驗(yàn)機(jī)而言，其測(cè)量不確定度的評(píng)定需要廣大工作人員持續(xù)挖掘和交流。