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摘要：碳平衡法是根据燃料在发动机中燃烧后排气中的碳质量总和与燃料燃烧前的碳质量总和相等的质量守衡定律，间接并准确地测算汽车燃料消耗量的方法。碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪广泛适用于汽车产品质量监督检验站、机动车检验检测机构和汽车生产企业。
Abstract： The carbon balance method is a method of indirectly and accurately measuring automobile fuel consumption based on the law of mass conservation that the total carbon mass in the exhaust after the fuel is burned in the engine is equal to the total carbon mass before the fuel is burned. Automobile fuel consumption detector by carbon balance method is widely used in automobile quality inspection stations and automobile production enterprises.
关键词：碳平衡法;燃料消耗量;浓度参数;不确定度
Key words： carbon balance method;fuel consumption;concentration parameter;uncertainty
中图分类号：U461.8 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）05-0138-02
0 引言
碳平衡检测仪是利用汽车燃料在发动机中燃烧后排放气体中的碳质量总和与燃料燃烧前的碳质量总和相等的质量守恒定律间接测量汽车燃料消耗量的设备。碳平衡检测仪主要由含碳气体浓度测量装置（简称浓度测量装置）、稀释排放气体流量测量装置、排气稀释收集装置和测控系统等构成。仪器根据含碳气体浓度换算出汽车燃料消耗量。汽车燃料消耗量是换算给出的结果。依据JJF（皖）82-2020《碳平衡法汽车燃料消耗量检验仪校准规范》，其油耗量是碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪的终极参数，其它测量参数是油耗量的函数分量参数，因此，在进行油耗量的不确定度评定时，其过程自然涉及分量不确定度的评定。另外，由于油耗仪的油耗量和油耗间接标准值都是分量参数的计算而得出的结果，因此在评定不能进行重复计算分量参数的输入量时，为方便评定，只需对油耗间接标准值进行分量参数的不确定度引入。
1 测量方法
按JJF（皖）82-2020的方法，用标准气体及流量、温度、气压等测量仪器进行各测量参数的示值测量，然后得出误差，再根据测量结果用逆推法得出燃油燃烧后含碳气体在相应测量浓度下的近似标准值及流量近似标准值，然后计算出油耗标准值，从而得出油耗仪油耗量示值误差。
2 数学模型
2.1 油耗量的数学模型
根据JJF（皖）82-2020附录A中A.3、A.4的计算式，进行合并可得：
代入气体密度后整理得：
式中：FCs——汽车每秒燃油消耗量（mL/s）;
dF——15℃时燃料密度（kg/L）;
QX——修正后流量（L/s）;
R——氢碳比;
CHC——每秒稀释排气中HC气体浓度（10-6）;
C——每秒稀释排气中CO气体浓度（%V/V）;
C——经环境空气CO2气体浓度校正后的稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）;
C——每秒稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）;
d、d、d——分别为标准状况下CO2、CO、HC气体密度（g/L）。
其中R和dF为常数，与燃料类型有关。
2.2 浓度参数的数学模型
浓度参数校准的实施所采用的校准点与实际碳平衡仪的实际测量参数浓度是不一致的，因此浓度参数的数学模型应按下式处理（见JJF（皖）82-2020附录A.2.1）：
式中：CX——某成分浓度参数值修正后浓度;
Cm——某成分浓度参数调取的浓度值;
——浓度测量装置对调取数据所在区间量程上限的测量平均值;
——浓度测量装置对调取数据所在区间量程下限的测量平均值;
C——区间量程上限校准气体的浓度值;
C——区间量程下限校准气体的浓度值。
注：区间量程下限为零时，区间量程下限校准气体的浓度值为零，因浓度测量装置进行示值误差检测时已进行调零。上式中、、C、C由浓度测量装置进行示值误差检测时给出，做好数值对应即可。
2.3 流量参数的数学模型
流量参数的数学模型为JJF（皖）82-2020附录A.2.2：
式中：QX——修正后流量（L/s）;
Qm——调取的经仪器内部温度、压力校准的流量值（L/s）;
？驻Q——调取的流量点的流量示值误差（L/s）。
3 方差
以上分量独立互不相关。
令：
则
为避免Qx灵敏系数较为冗长给计算带来复杂性，则以相对方差表述传递关系，则FCs的相对方差的关系式为：
各分项参数的方差见以下评定过程。
4 标准不确定度评定
4.1 气体成分引入的标准不确定度？滋（Cx）
根据 得
该式中为组分x（分别为CO2、CO、HC）气体标准物质的标准不确定度，由标物证书给出。为相应组分x对仪器进行测量时重复性引起的标准不确定度。为调出数据的标准不确定度，可以看成仪器的示值刻线，可认为。
4.2 流量参数引入的标准不确定度？滋（Qx）
该式中？滋（Qs）为标准流量计在该流量处的标准不确定度，由证书给出。？滋（Qm）为在该流量下进行测量时重复性引起的标准不确定度。
5 合成标准不确定度
油耗量合成标准不确定度为：
其中
6 扩展不确定度U
取包含因子k=2，则：
或
7 结束语
与其它多数直接测量量值的仪器所不同的是碳质量平衡法燃油消耗量测量方法是间接油耗测量方法，相信通过上述原理及测量方法介绍，不确定度过程分析能使你对碳平衡法汽车燃料消耗量检验仪油耗量校准结果不确定度评定有更深的认识和了解，能够对你校准碳平衡油耗仪有所帮助。
参考文献：
[1]GB/T 18566-2011，道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法[S].
[2]JT/T 1013-2015，碳平衡法汽車燃料消耗量检测仪[S].
[3]JJF（皖）82-2020，碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪校准规范[S].
Abstract： The carbon balance method is a method of indirectly and accurately measuring automobile fuel consumption based on the law of mass conservation that the total carbon mass in the exhaust after the fuel is burned in the engine is equal to the total carbon mass before the fuel is burned. Automobile fuel consumption detector by carbon balance method is widely used in automobile quality inspection stations and automobile production enterprises.
关键词：碳平衡法;燃料消耗量;浓度参数;不确定度
Key words： carbon balance method;fuel consumption;concentration parameter;uncertainty
中图分类号：U461.8 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）05-0138-02
0 引言
碳平衡检测仪是利用汽车燃料在发动机中燃烧后排放气体中的碳质量总和与燃料燃烧前的碳质量总和相等的质量守恒定律间接测量汽车燃料消耗量的设备。碳平衡检测仪主要由含碳气体浓度测量装置（简称浓度测量装置）、稀释排放气体流量测量装置、排气稀释收集装置和测控系统等构成。仪器根据含碳气体浓度换算出汽车燃料消耗量。汽车燃料消耗量是换算给出的结果。依据JJF（皖）82-2020《碳平衡法汽车燃料消耗量检验仪校准规范》，其油耗量是碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪的终极参数，其它测量参数是油耗量的函数分量参数，因此，在进行油耗量的不确定度评定时，其过程自然涉及分量不确定度的评定。另外，由于油耗仪的油耗量和油耗间接标准值都是分量参数的计算而得出的结果，因此在评定不能进行重复计算分量参数的输入量时，为方便评定，只需对油耗间接标准值进行分量参数的不确定度引入。
1 测量方法
按JJF（皖）82-2020的方法，用标准气体及流量、温度、气压等测量仪器进行各测量参数的示值测量，然后得出误差，再根据测量结果用逆推法得出燃油燃烧后含碳气体在相应测量浓度下的近似标准值及流量近似标准值，然后计算出油耗标准值，从而得出油耗仪油耗量示值误差。
2 数学模型
2.1 油耗量的数学模型
根据JJF（皖）82-2020附录A中A.3、A.4的计算式，进行合并可得：
代入气体密度后整理得：
式中：FCs——汽车每秒燃油消耗量（mL/s）;
dF——15℃时燃料密度（kg/L）;
QX——修正后流量（L/s）;
R——氢碳比;
CHC——每秒稀释排气中HC气体浓度（10-6）;
C——每秒稀释排气中CO气体浓度（%V/V）;
C——经环境空气CO2气体浓度校正后的稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）;
C——每秒稀释排气中CO2气体浓度（%V/V）;
d、d、d——分别为标准状况下CO2、CO、HC气体密度（g/L）。
其中R和dF为常数，与燃料类型有关。
2.2 浓度参数的数学模型
浓度参数校准的实施所采用的校准点与实际碳平衡仪的实际测量参数浓度是不一致的，因此浓度参数的数学模型应按下式处理（见JJF（皖）82-2020附录A.2.1）：
式中：CX——某成分浓度参数值修正后浓度;
Cm——某成分浓度参数调取的浓度值;
——浓度测量装置对调取数据所在区间量程上限的测量平均值;
——浓度测量装置对调取数据所在区间量程下限的测量平均值;
C——区间量程上限校准气体的浓度值;
C——区间量程下限校准气体的浓度值。
注：区间量程下限为零时，区间量程下限校准气体的浓度值为零，因浓度测量装置进行示值误差检测时已进行调零。上式中、、C、C由浓度测量装置进行示值误差检测时给出，做好数值对应即可。
2.3 流量参数的数学模型
流量参数的数学模型为JJF（皖）82-2020附录A.2.2：
式中：QX——修正后流量（L/s）;
Qm——调取的经仪器内部温度、压力校准的流量值（L/s）;
？驻Q——调取的流量点的流量示值误差（L/s）。
3 方差
以上分量独立互不相关。
令：
则
为避免Qx灵敏系数较为冗长给计算带来复杂性，则以相对方差表述传递关系，则FCs的相对方差的关系式为：
各分项参数的方差见以下评定过程。
4 标准不确定度评定
4.1 气体成分引入的标准不确定度？滋（Cx）
根据 得
该式中为组分x（分别为CO2、CO、HC）气体标准物质的标准不确定度，由标物证书给出。为相应组分x对仪器进行测量时重复性引起的标准不确定度。为调出数据的标准不确定度，可以看成仪器的示值刻线，可认为。
4.2 流量参数引入的标准不确定度？滋（Qx）
该式中？滋（Qs）为标准流量计在该流量处的标准不确定度，由证书给出。？滋（Qm）为在该流量下进行测量时重复性引起的标准不确定度。
5 合成标准不确定度
油耗量合成标准不确定度为：
其中
6 扩展不确定度U
取包含因子k=2，则：
或
7 结束语
与其它多数直接测量量值的仪器所不同的是碳质量平衡法燃油消耗量测量方法是间接油耗测量方法，相信通过上述原理及测量方法介绍，不确定度过程分析能使你对碳平衡法汽车燃料消耗量检验仪油耗量校准结果不确定度评定有更深的认识和了解，能够对你校准碳平衡油耗仪有所帮助。
参考文献：
[1]GB/T 18566-2011，道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法[S].
[2]JT/T 1013-2015，碳平衡法汽車燃料消耗量检测仪[S].
[3]JJF（皖）82-2020，碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪校准规范[S].