低溫試驗(yàn)測量審核分析

史光梅，李明海，陳 均，王易君

（中國工程物理研究院總體工程研究所環(huán)境試驗(yàn)中心，綿陽 621999）

低溫試驗(yàn)測量審核分析

史光梅，李明海，陳 均，王易君

（中國工程物理研究院總體工程研究所環(huán)境試驗(yàn)中心，綿陽 621999）

測量審核是對實(shí)驗(yàn)室具備某項(xiàng)技術(shù)能力的實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證, 是能力驗(yàn)證活動的重要方式之一。以所在實(shí)驗(yàn)室參加低溫試驗(yàn)測量審核活動為例，對影響測量結(jié)果的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對測量審核結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定，以期探討如何做好測量審核工作以證明申請單位實(shí)驗(yàn)室的指定項(xiàng)目具備高質(zhì)量的檢測能力。

低溫試驗(yàn)；測量審核；不確定度評定

引言

中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）按照國際標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)要求制定了一系列能力驗(yàn)證規(guī)則和要求，申請CNAS認(rèn)可和已獲準(zhǔn)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室必須按照CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次要求參加CNAS組織或承認(rèn)的能力驗(yàn)證活動。

CNAS-RL02《CNAS能力驗(yàn)證規(guī)則》[1]明確定義，能力驗(yàn)證活動包括能力驗(yàn)證計(jì)劃、測量審核和實(shí)驗(yàn)室間比對計(jì)劃；其中能力驗(yàn)證計(jì)劃是為保證實(shí)驗(yàn)室在特定檢測、測量、校準(zhǔn)或檢查領(lǐng)域的能力而設(shè)計(jì)和運(yùn)作的一輪或多輪實(shí)驗(yàn)室間比對，而測量審核是指一個(gè)參加者對被測物品（材料或制品）進(jìn)行實(shí)際測試，其測試結(jié)果與參考值進(jìn)行比較的活動。每年，因項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、樣品制備、參加實(shí)驗(yàn)室數(shù)量以及費(fèi)用投入等各種因素的影響，由能力驗(yàn)證提供機(jī)構(gòu)組織的能力驗(yàn)證計(jì)劃實(shí)施項(xiàng)目十分有限；而測量審核是對一個(gè)參加者進(jìn)行“一對一” 能力評價(jià)的能力驗(yàn)證計(jì)劃[1]，在無適當(dāng)、適時(shí)的常規(guī)能力驗(yàn)證計(jì)劃時(shí)，認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室和申請實(shí)驗(yàn)室可依據(jù)申請項(xiàng)目與范圍參加適當(dāng)?shù)臏y量審核；因此，實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)自身實(shí)際情況申請參加相關(guān)領(lǐng)域測量審核活動。近年來，測量審核作為一種特殊的能力驗(yàn)證計(jì)劃已成為實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可機(jī)構(gòu)或政府部門對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行質(zhì)量控制的重要手段。

CNAS-AL07《CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次表》[2]規(guī)定，電氣行業(yè)性能測試子領(lǐng)域，即高低溫試驗(yàn)所在子領(lǐng)域的最低參加頻次要求是1次/2年，當(dāng)無適當(dāng)?shù)?、適時(shí)的常規(guī)能力驗(yàn)證計(jì)劃開展時(shí)，實(shí)驗(yàn)室可參加相應(yīng)行業(yè)子領(lǐng)域的測量審核或?qū)嶒?yàn)室間比對，這樣既可滿足CNAS的頻次要求，又可加強(qiáng)本實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制，為自身的持續(xù)改進(jìn)提供信息。本文以中物院環(huán)境試驗(yàn)中心氣候?qū)嶒?yàn)室參加廣州威凱檢測技術(shù)研究院組織的低溫試驗(yàn)測量審核為例，對測量審核活動進(jìn)行分析。

1 低溫試驗(yàn)測量審核方法

低溫試驗(yàn)測量審核依據(jù)GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫》中“試驗(yàn)Ab：非散熱試驗(yàn)樣品溫度漸變的低溫試驗(yàn)”的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。具體方法是利用帶指示燈的溫控器樣品對溫度變化的感應(yīng)控制其內(nèi)部電路的通斷，在溫度試驗(yàn)箱降溫過程中，記錄指示燈熄滅瞬間溫控器樣品的動作溫度。低溫試驗(yàn)測量審核活動的目的是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對電工電子產(chǎn)品進(jìn)行低溫測試的能力，考察實(shí)驗(yàn)室的低溫測試系統(tǒng)是否滿足低溫測試的相關(guān)要求。

本文低溫試驗(yàn)測量審核活動的樣品是由CNAS測量審核指定機(jī)構(gòu)廣州威凱檢測技術(shù)研究院寄送的“盲樣”：一臺溫控器，樣品外觀如圖1所示。

試驗(yàn)測試示意圖見圖2所示，試驗(yàn)時(shí)，樣品放置在溫度試驗(yàn)箱外，將樣品的感溫探頭穿過試驗(yàn)箱測試孔放入溫度試驗(yàn)箱內(nèi)部中心位置處；同時(shí)增加監(jiān)測手段，外接數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行溫度監(jiān)控，與數(shù)據(jù)采集器相連接的T型測溫?zé)犭娕寂c樣品的感溫探頭盡量靠近。接通電路（試驗(yàn)供電電源：220V±5%～, 50Hz±1%，電路導(dǎo)線橫截面積：1.0mm2），樣品指示燈亮；按照GB/T 2423.1-2008的要求（溫度變化速率不超過1K/min（5min的平均值）），設(shè)定試驗(yàn)箱溫度變化速率0.5℃/min，開啟溫度試驗(yàn)箱，從常溫（24.0℃）開始降溫，期間觀察指示燈狀態(tài)，至指示燈熄滅，讀取并記錄指示燈熄滅瞬間試驗(yàn)箱和數(shù)據(jù)采集器顯示的溫度值。

圖1 溫控器外觀圖

圖2 低溫試驗(yàn)測量審核測試示意圖

2 測量結(jié)果不確定度評定

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

為求得測量結(jié)果的不確定度，首先建立數(shù)學(xué)模型。本次試驗(yàn)中為直接測量，數(shù)學(xué)模型略。

2.2 確良測量結(jié)果的不確定度評定

2.2.1 測量結(jié)果的影響因素分析

一切測量結(jié)果都不可避免地具有不確定度，不確定度是表征合理地賦予被測量之值的分散性[3].測量過程中有許多可能引起不確定度的來源。從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面進(jìn)行分析，可以識別出影響測量結(jié)果的因素包括：①人員讀數(shù)；②溫度試驗(yàn)箱特性（如溫度偏差，溫度箱內(nèi)的時(shí)間波動度與空間均勻性等）；③數(shù)據(jù)采集器的檢定；④測溫?zé)犭娕嫉臋z定；⑤數(shù)據(jù)采集器與熱電偶的連接；⑥數(shù)據(jù)采集器的熱電偶與樣品感溫探頭的靠近程度及熱電偶感應(yīng)點(diǎn)與樣品感溫探頭所處的溫度場的差異；⑦降溫速率；⑧環(huán)境溫、濕度；⑨電源電壓的波動；⑩讀數(shù)的時(shí)延等。

其中，溫度試驗(yàn)箱的特性對本文測量結(jié)果有較大的影響，如溫度箱偏差、波動度、均勻性等，當(dāng)測量結(jié)果采用試驗(yàn)箱自帶傳感器讀數(shù)時(shí)，就需分析上述因素的影響；若采取外接數(shù)據(jù)采集器讀數(shù)、熱電偶與感溫探頭末端盡量靠近等措施，可使溫度試驗(yàn)箱內(nèi)空間均勻性的影響程度大大減小，故影響較小可忽略。另外，溫度箱置于試驗(yàn)大廳內(nèi)，試驗(yàn)大廳內(nèi)環(huán)境溫度相對穩(wěn)定，對溫度箱的影響較小，而且感溫探頭置于溫度箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，溫度箱測試孔在試驗(yàn)過程中已封堵，因此，環(huán)境溫、濕度對測試結(jié)果的影響也較小，基本忽略。熱電偶感應(yīng)點(diǎn)與感溫探頭所處的溫度場的差異，是個(gè)動態(tài)、復(fù)雜而細(xì)微的過程，由于二者非?？拷视绊戄^小，可忽略。電源電壓的波動通過UPS穩(wěn)壓源控制電源電壓參數(shù)的可變性，從而使得影響程度最小化。讀數(shù)的時(shí)延，通過選擇熟練操作人員的操作而減小其影響。人員的讀數(shù)影響較小，可忽略。因此，影響本文試驗(yàn)測量結(jié)果的主要因素有：①溫度試驗(yàn)箱偏差；②溫度試驗(yàn)箱波動度；③溫度試驗(yàn)箱的均勻性；④數(shù)據(jù)采集器的檢定；⑤測溫?zé)犭娕嫉臋z定；⑥降溫速率。

2.2.2 各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

1）溫度試驗(yàn)箱的偏差

校準(zhǔn)證書顯示溫度試驗(yàn)箱在-40℃～+10℃的最大偏差為1.4℃，該誤差以等概率落于區(qū)間-1.4℃至+1.4℃之間，是不確定度B類分量，為均勻分布，，則

2）溫度試驗(yàn)箱的波動度

校準(zhǔn)證書顯示溫度試驗(yàn)箱在-40℃～+10℃的最大波動度為0.1℃，該誤差以等概率落于區(qū)間-0.1℃至+0.1℃之間，是不確定度B類分量，為均勻分布，，則：

3）溫度試驗(yàn)箱的均勻度

校準(zhǔn)證書顯示溫度試驗(yàn)箱在-40℃～+10℃的最大均勻度為0.7℃，該誤差以等概率落于區(qū)間-0.7℃至+0.7℃之間，是不確定度B類分量，為均勻分布，，則：

4）數(shù)據(jù)采集器的檢定

檢定證書顯示測量溫度點(diǎn)附近數(shù)據(jù)采集器的最大偏差為0.02℃，該誤差以等概率落于區(qū)間-0.02℃至+0.02℃之間，是不確定度B類分量，服從均勻分布，，則

5）測溫?zé)犭娕嫉臋z定

檢定證書顯示測量溫度點(diǎn)附近熱電偶的最大偏差為0℃，則

6）溫度變化速率

試驗(yàn)設(shè)定溫度箱的降溫速率為0.5℃/min，在到達(dá)溫控器響應(yīng)的溫度時(shí)，試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度在持續(xù)變化，可能造成試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度與實(shí)際動作溫度不完全一致。根據(jù)讀數(shù)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)判斷，其最大值不超過0.5℃（區(qū)間半寬度為0.5/2℃），采用B類不確定度方法評定，服從均勻分布，，則

2.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

當(dāng)測量結(jié)果采用試驗(yàn)箱自帶傳感器讀數(shù)時(shí)，需考慮溫度試驗(yàn)箱的特性和降溫速率的影響，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

當(dāng)測量結(jié)果采用外接數(shù)據(jù)采集器讀數(shù)時(shí)，需考慮接數(shù)據(jù)采集器和測溫?zé)犭娕技敖禍厮俾实挠绊?，故合成?biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 擴(kuò)展不確定度

當(dāng)測量結(jié)果采用試驗(yàn)箱自帶傳感器讀數(shù)時(shí)，對應(yīng)約95%的置信概率，取k=2，計(jì)算得擴(kuò)展不確定度：

當(dāng)測量結(jié)果采用外接數(shù)據(jù)采集器讀數(shù)時(shí)，對應(yīng)約95%的置信概率，取k=2，計(jì)算得擴(kuò)展不確定度：

2.2.5 不確定度匯總表

不確定度匯總見表1。由表1結(jié)果可知，當(dāng)測量結(jié)果采用試驗(yàn)箱自帶傳感器讀數(shù)時(shí)，對測量審核結(jié)果不確定度貢獻(xiàn)最大的是試驗(yàn)設(shè)備（溫度試驗(yàn)箱的偏差、波動度和均勻度）的不確定度，再次是試驗(yàn)方法即降溫速率的選擇；當(dāng)采用外接數(shù)據(jù)采集器讀取樣品感溫探頭附近試驗(yàn)箱內(nèi)溫度值時(shí)，對測量審核結(jié)果不確定度貢獻(xiàn)最大的是試驗(yàn)方法即降溫速率的選擇，其次是溫度測試儀器（包括測溫?zé)犭娕己蛿?shù)據(jù)采集器）的檢定結(jié)果。因此在試驗(yàn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫》要求，確認(rèn)溫度試驗(yàn)箱能夠滿足試驗(yàn)要求，并控制好降溫速率，文獻(xiàn)[4]也分析認(rèn)為造成低溫試驗(yàn)測量審核結(jié)果不滿意的主要原因之一就是降溫速率過快。

表1 不確定度匯總

3 低溫試驗(yàn)測量審核結(jié)果

本文低溫試驗(yàn)測量審核中測得樣品指示燈熄滅瞬間的溫度，試驗(yàn)箱顯示溫度為-23.5℃，熱電偶的測量值為-24.2℃。

最后報(bào)告低溫試驗(yàn)測量審核結(jié)果時(shí)，應(yīng)包含不確定度評估，形成完整的測量審核結(jié)果范圍。T=（-23.5±1.8）℃（包含因子k=2，對應(yīng)約95%的置信概率），或者T=（-24.2±0.3）℃（包含因子k=2，對應(yīng)約95%的置信概率），二者取其一進(jìn)行提交報(bào)告即可（本文實(shí)例選擇后者進(jìn)行提交報(bào)告）?？梢钥闯?，采用不同測試系統(tǒng)測得的結(jié)果并不相同，其相對應(yīng)的測量不確定度也是不同的。

測量審核結(jié)果的評定方式[5]主要有三種：按En值評定、按臨界值（CD值）評定、按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定評定（Z值）。本文低溫試驗(yàn)用測量審核的樣品是選用低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃的剩樣，結(jié)果評價(jià)方法采用Z值法[4]：

其中：xLAB是參加實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果；xREF是參考實(shí)驗(yàn)室的指定值（源自低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃的中位值）；Δ是允許差（源自低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃的2倍標(biāo)準(zhǔn)化四分位距）。

若|Z|≤1，則評定結(jié)果為滿意；若1＜|Z|＜1.5，則評定結(jié)果為有問題；若|Z|≥1.5，則評定結(jié)果為不滿意。

將本實(shí)驗(yàn)室的測試值與參考實(shí)驗(yàn)室的指定值xREF進(jìn)行比對，均滿足|Z|＜1，說明本實(shí)驗(yàn)室低溫試驗(yàn)測量審核結(jié)果為滿意。該結(jié)果反映出在此次低溫試驗(yàn)中，本實(shí)驗(yàn)室的溫度試驗(yàn)箱自帶測試系統(tǒng)與外接溫度測試系統(tǒng)均能滿足低溫測試的相關(guān)要求，驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)室具備按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對電工電子產(chǎn)品進(jìn)行低溫測試的能力。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)室在參加低溫試驗(yàn)測量審核活動時(shí)需特別注意以下幾點(diǎn)：

1）實(shí)驗(yàn)室檢測人員應(yīng)加強(qiáng)對GB/T 2423.1-2008的理解與應(yīng)用；試驗(yàn)前應(yīng)確認(rèn)參試溫度試驗(yàn)箱能夠滿足要求，并在試驗(yàn)過程中按標(biāo)準(zhǔn)要求控制好溫度變化速率；

2）從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面識別出影響測量結(jié)果的因素，并盡可能采取措施使影響程度最小化；

3）須對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評估，形成完整的測量審核結(jié)果范圍；

4）若采用不同測試系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行測量（如采用試驗(yàn)箱自帶傳感器讀數(shù)和增加溫度監(jiān)測儀讀數(shù)），則應(yīng)有針對性地進(jìn)行不確定度評估，結(jié)果報(bào)告時(shí)只提交其中一個(gè)測量結(jié)果即可。

CNAS低溫試驗(yàn)測量審核活動要求測試樣品的動作溫度值，在試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中巧妙地融合了對設(shè)備性能及人員理解與操作能力的考察[6]，做好測量審核工作將有助于促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的提高。而獲得滿意評價(jià)的實(shí)驗(yàn)室，既能證明其對指定項(xiàng)目具備高質(zhì)量的校準(zhǔn)檢測能力，同時(shí)也增加了客戶以及相關(guān)方對實(shí)驗(yàn)室的信任。

[1] CNAS-RL02：2010, 能力驗(yàn)證規(guī)則[S].

[2] CNAS-AL07：2011, CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次表[S].

[3] JJF 1059－1999, 測量不確定度評定與表示[S].

[4] 王珊珊. 高低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證常見不滿意原因分析[J]. 環(huán)境技術(shù)，2012(04).

[5] CNAS-GL02：2006, 能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南[S].

[6] 王秀芳, 劉國榮, 朱珈. 低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證中的不確定度分析評估[J].環(huán)境技術(shù)，2008(01).

Analysis on the Low Temperature Test in Measurement Audit

SHI Guang-mei, LI Ming-hai, CHEN Jun, WANG Yi-jun
（Environment Testing Center, Institute of Systems Engineering, CAEP, Mianyang 621999）

Measurement audit is used validating laboratory ability in that kind of technology and one of the important forms for proficiency testing scheme. In this paper, the low temperature test measurement audit our laboratory participated has been chosen as sample, the primary effects of results of low temperature test measurement audit were analyzed in detail; the uncertainty for measurement results was evaluated. It would be expected to discuss how to make measurement audit to prove laboratory high level testing ability.

low temperature test; measurement audit; uncertainty evaluation

TM933.4

A

1004-7204(2014)05-0017-05

史光梅（1974-），女，高級工程師，中物院總體所環(huán)境試驗(yàn)中心氣候?qū)嶒?yàn)室，主要從事氣候環(huán)境試驗(yàn)及武器裝備熱安全工程研究。