高溫試驗?zāi)芰︱炞C各參數(shù)對結(jié)果的影響

俞晨雄 朱順 / ．上海馬陸日用友捷汽車電氣有限公司；．摩芮思科技咨詢（上海）有限公司

高溫試驗?zāi)芰︱炞C各參數(shù)對結(jié)果的影響

俞晨雄1朱順2/ 1．上海馬陸日用友捷汽車電氣有限公司；2．摩芮思科技咨詢（上海）有限公司

為科學(xué)合理地運用高溫試驗?zāi)芰︱炞C結(jié)果，采用三種不同容積的試驗箱，使用自帶和附加溫度傳感器兩種不同讀取方式，對能力驗證樣品進行重復(fù)性試驗并分析。發(fā)現(xiàn)溫變速率和讀取方式對高溫試驗?zāi)芰︱炞C動作溫度的影響較大。為高溫試驗?zāi)芰︱炞C提供者及實驗室合理實施能力驗證活動提供參考。

電子電工；溫變速率；高溫試驗；能力驗證；動作溫度；電氣領(lǐng)域

0 引言

能力驗證是利用實驗室間比對，按照預(yù)先制定的準(zhǔn)則評價參加者的能力。能力驗證作為重要的外部質(zhì)量評價活動，尋求并參加能力驗證是合格評定機構(gòu)的責(zé)任和義務(wù)[1]。具體實施方式為，實施機構(gòu)向參加實驗室發(fā)送樣品，要求實驗室在規(guī)定的時間內(nèi)進行實際檢測并報出測試結(jié)果，再將所有參加實驗室的測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，依據(jù)每個實驗室與其他實驗室測試結(jié)果的一致性來判定實驗室對于指定項目的檢測能力。能力驗證工作在國際上受到廣泛的重視，是認(rèn)可機構(gòu)加入和維持國際相互承認(rèn)協(xié)議(MRA)的必要條件之一[2]。

電工電子產(chǎn)品高溫試驗是電氣領(lǐng)域檢測實驗室最常開展的試驗項目之一。根據(jù)CNAS文件[3]要求：電氣領(lǐng)域檢測實驗室應(yīng)進行不低于1次/2 a頻率的性能測試子領(lǐng)域能力驗證活動。而能力驗證機構(gòu)提供的性能測試子領(lǐng)域能力驗證計劃或測量審核最常見的就是高溫試驗項目。以2016年度參加CNAS認(rèn)可的某能力驗證機構(gòu)提供的高溫試驗?zāi)芰︱炞C計劃為例，經(jīng)實驗室的數(shù)據(jù)驗證和重復(fù)性試驗，對影響高溫試驗?zāi)芰︱炞C結(jié)果的因素進行分析。

1 試驗樣品

本次能力驗證計劃提供的試驗樣品為一個高溫試驗測試盒，另附一個氖燈作指示燈使用。為避免對測試結(jié)果造成影響，能力驗證機構(gòu)（以下簡稱PTP）要求試驗中禁止對樣品進行拆卸。另外，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間或?qū)Ь€與氖燈之間不允許使用錫焊的方式進行連接。

2 試驗標(biāo)準(zhǔn)

試驗依據(jù)GB/T 2423.2-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗B：高溫》、IEC 60068-2-2：2007《Environmental testing - Part 2: Test methods - Tests B: Dry heat》以及其他采用或類似以上標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“試驗Bb：非散熱試驗樣品溫度漸變的高溫試驗”的要求進行的試驗。

3 試驗簡述

按照圖1所示的線路連接樣品。供電電源要求：220 V±5%，頻率50 Hz±10%。導(dǎo)線橫截面積不低于1.0 mm2。樣品置于試驗箱中心，指示燈置于試驗箱外。

圖1 樣品連接示意圖

接通電路，指示燈亮。開啟試驗箱，自常溫開始升溫，至指示燈熄滅，記錄此時的動作溫度，即為高溫試驗?zāi)芰︱炞C結(jié)果。

4 能力驗證結(jié)果

本次能力驗證給出的中位值X = 60.9 ℃，能力評定標(biāo)準(zhǔn)差σ = 4.411 ℃。能力統(tǒng)計量Z的計算公式如下：

式中：X——能力驗證中位值；

x——實驗室的能力驗證結(jié)果報出值；

σ——能力評定標(biāo)準(zhǔn)差

根據(jù)能力統(tǒng)計量，能力評價結(jié)論[4]為 ：│Z│≤1，結(jié)果滿意；2 ＜ │Z│ ＜ 3，結(jié)果可疑；│Z│≥3，結(jié)果不滿意。

5 影響因素及分析

5.1 影響因素

高溫試驗?zāi)芰︱炞C規(guī)定和要求了電源電壓、溫度箱升溫起始溫度、連接線束等，但未規(guī)定溫度箱的升溫速率、讀取方式、容積等，雖然GB/T 2423.2-2008中規(guī)定了高溫試驗結(jié)束階段的溫度變化速率不高于1 K/min，但是并非規(guī)定具體的溫變速率。針對未規(guī)定的三個可能影響因素，實驗室采用三種不同的試驗箱進行重復(fù)性試驗，試驗箱的部分參數(shù)信息見表1。

表1 能力驗證用溫度箱部分參數(shù)

5.2 溫升速率

根據(jù)能力驗證作業(yè)指導(dǎo)書，使用表1中所述的三種試驗箱，分別進行三次重復(fù)性測量，測試結(jié)果見表2～表4。結(jié)合表2～表4的數(shù)據(jù)，繪制各試驗箱溫升速率與測量值的關(guān)系曲線，關(guān)系曲線見圖2～圖4。

表2 試驗箱A及附加測量系統(tǒng)重復(fù)性試驗結(jié)果

圖2 試驗箱A及附加測量系統(tǒng)測量曲線

表3 試驗箱B及附加測量系統(tǒng)重復(fù)性試驗結(jié)果

圖3 試驗箱B及附加測量系統(tǒng)測量曲線

表4 試驗箱C及附加測量系統(tǒng)重復(fù)性試驗結(jié)果

圖4 試驗箱C及附加測量系統(tǒng)測量曲線

由圖2～圖4可以明顯看出溫變速率和測量值有強相關(guān)的線性關(guān)系，溫變速率越大，測量值（即能力驗證測試結(jié)果報出值）越大。關(guān)系式如下：

式中：T——動作溫度；

k——溫變速率；

T0——動作溫度理論值（該值無法從能力驗證試驗中獲得，因為溫變速率無法為0）；

a——最大理論溫差（在不高于1 K/min的溫變速率下，因溫變速率引起的最大理論溫差值，因為溫變速率無法為0）

由此可見，三個試驗箱在不同溫變速率下的最大理論溫差在3.145～3.557 ℃，其大小約為能力評定標(biāo)準(zhǔn)差σ的80%，可見溫變速率對動作溫度影響較大。

同時，由圖2～圖4可以看出動作溫度理論值分別為：57.99 ℃、57.88 ℃、57.83 ℃，而本次使用附加測量系統(tǒng)的最大允差為±0.1 ℃。動作溫度理論值的波動在最大允差的范圍之內(nèi)，可視為溫度理論值是一致的，因此動作溫度理論值可作為能力驗證結(jié)果值。

5.3 讀取方式

本次能力驗證的讀取方式有兩種：一種是利用溫度箱自帶顯示屏讀?。涣硪环N是采用附加測試系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）讀取。

在進行試驗箱B及附加測量系統(tǒng)重復(fù)性試驗時，同時使用試驗箱B的自帶顯示屏讀取動作溫度值，重復(fù)性測量結(jié)果見表5。結(jié)合表5和圖5，對比試驗箱B采用不同讀取方式的測量值見表6，不同測量方式之間的差值與溫升速率之間的關(guān)系曲線見圖5。

表5 試驗箱B及自帶測量系統(tǒng)重復(fù)性試驗結(jié)果

表6 試驗箱B采用不同測量方式的差異

圖5 試驗箱B采用不同測量方式的差異曲線

由表5可見，采用自帶顯示屏讀取的動作溫度值，溫變速率和測量值有強相關(guān)（R2= 0.998）的線性關(guān)系，溫變速率越大，測量值（即能力驗證測試結(jié)果報出值）越大。根據(jù)式（2），其最大理論溫差為6.098 ℃，進而說明無論以何種形式讀取測量值，溫變速率對動作溫度的影響都較大。

由表6可見，采用自帶顯示屏讀取的動作溫度值，要高于采用PT100溫度傳感器等附加測試系統(tǒng)讀取的動作溫度值。這是由于試驗箱產(chǎn)生的需求熱量總是先經(jīng)過試驗箱自帶溫度傳感器之后才通過氣流流入試驗箱腔體內(nèi)，因而導(dǎo)致了自帶顯示屏上的溫度要高一些，尤其是溫變速率大的時候。這種差異可以達(dá)到2.81 ℃，其大小約為能力評定標(biāo)準(zhǔn)差σ的64%?？梢娮x取方式對動作溫度有一定的影響。

另外，通過溫度箱校準(zhǔn)證書對溫度進行修正后，依舊相差較大。這是由于溫度試驗箱的校準(zhǔn)[5]是在靜態(tài)的條件下進行的，是在一定時間內(nèi)恒定后的校準(zhǔn)。在這種狀況下，溫度箱自帶溫度傳感器和腔體中心點的溫度相差不大。但是，能力驗證的動作溫度是動態(tài)的，是在溫度變化過程中進行測量的，試驗箱腔體中心的溫度始終處于滯后的狀態(tài)。

5.4 容積

結(jié)合表2～表4，將不同試驗箱容積在不同溫變速率下的動作溫度匯總，如表7所示，并根據(jù)表7中的動作溫度與溫變速率繪制關(guān)系曲線，如圖6所示。

表7 試驗箱不同容積對應(yīng)的測量結(jié)果

圖6 試驗箱不同容積對應(yīng)的測量曲線

由圖6可見，試驗箱不同容積在某一特定溫變速率及特定讀取方式下，所測動作溫度基本是沒有變化的。由表7可見，引起的最大溫差值為0.57 ℃，其大小約為能力評定標(biāo)準(zhǔn)差σ的13%。可見試驗箱容積對動作溫度基本沒有影響。

綜上所述，溫變速率和讀取方式是影響動作溫度的兩個重要因素。同時由于各試驗箱的容積不同，試驗箱自帶溫度傳感器距離樣品的位置不同，因此建議在進行高溫試驗?zāi)芰︱炞C時，實驗室采用附加測量系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）放置在樣品特定位置進行測量。

6 結(jié)語

能力驗證工作已經(jīng)越來越受到國際和國內(nèi)實驗室和管理部門的重視。我國的實驗室能力驗證工作雖然起步較晚，但是經(jīng)過十多年的努力，已經(jīng)取得了顯著的成就[2]。能力驗證的本質(zhì)是個實驗室基于唯一（至少主要影響因素?zé)o干擾）且一致的條件下進行比對，以檢驗實驗室能力并提供改進方向。因此，在進行高溫試驗?zāi)芰︱炞C時，應(yīng)采用附加測量系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）放置在樣品指定位置進行測量。在此條件下規(guī)定溫變速率（如0.5 K/min），或在此條件下各實驗室測量動作溫度理論值作為能力驗證結(jié)果報出值。

能力驗證是實驗室質(zhì)量控制不可缺少的方式之一，如何有效開展能力驗證活動，對實驗室提升檢測技術(shù)能力，以及發(fā)掘?qū)嶒炇覞撛陲L(fēng)險[6]，具有十分重要的意義。

[1]中國合格評定國家認(rèn)可委員會. CNAS-RL02：2016 能力驗證規(guī)則[S].北京：2016.

[2]唐凌天，符斌. 實驗室能力驗證的發(fā)展[J].中國無機分析化學(xué)，2013，3（4）：11-15.

[3]中國合格評定國家認(rèn)可委員會. CNAS-AL07:2015 CNAS能力驗證領(lǐng)域和頻次表[S].北京：2015.

[4]中國合格評定國家認(rèn)可委員會. CNAS-GL02:2014 能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南[S].北京：2014.

[5]全國溫度計量技術(shù)委員會. JJF 1101-2003 環(huán)境試驗設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國計量出版社，2003.

[6]朱順. 基于實例分析的實驗室間比對有效性評價[J].理化檢驗-物理分冊，2017，53（2）：123-126.

The in fl uence of high temperature test ability veri fi cation’s various parameters on the results

Y ü Chenxiong1，Zhu Shun2
（1.Shanghai Malu Ri Yong JEA Gate Electric Co.；2. Amaris Technology Consulting Co.）

For scienti fi c and reasonable use of high temperature test ability verification's results. Adopting the three kinds of different volume of test chamber, using own and additional temperature sensor in different reading way, doing repeatability test on the sample and then analysis. The temperature change rate and the way of reading are found to be have great in fl uence on high temperature experiment ability validation action temperature. To provide the reference for high temperature test ability verification provider and reasonable implementation of laboratories’ability veri fi cation activities.

electric and electronic; temperature variation rate; hot test; pro fi ciency testing; operating temperature; electric fi eld