車身循環(huán)腐蝕試驗測量不確定度的評定

肖毅川，姚向軍，王 蒙，汪 洋 （北京奔馳汽車有限公司研發(fā)一部，北京 100176）

0 引言

為了保證在線產(chǎn)品的防腐蝕性能，需要對每條噴漆線的產(chǎn)品定期進行“生產(chǎn)質(zhì)量確認”試驗，包括各類材質(zhì)的標準試板試驗以及整車車身的試驗，試驗方法包括循環(huán)腐蝕試驗、CASS（銅加速醋酸鹽霧）試驗、大氣曝露試驗以及其他的一些機械性能試驗（TMP）等。目前廠內(nèi)有兩個噴漆車間，分別進行不同車型的噴漆工作。根據(jù)目前的日產(chǎn)量，兩個車間每年至少各需進行4次“生產(chǎn)質(zhì)量確認”試驗。故對試驗項目測量結(jié)果的不確定度進行評價就顯得尤為重要。本研究以某款在產(chǎn)車型車身的循環(huán)腐蝕試驗［4-5］結(jié)果作為測量不確定度評定的對象，試驗基于《腐蝕試驗數(shù)據(jù)測量及評價作業(yè)指導(dǎo)書WI-R3TD0010-15》（試驗室作業(yè)指導(dǎo)書）對劃痕數(shù)據(jù)進行測量，并結(jié)合JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》［6-8］計算和評定測量不確定度。

1 試驗部分

1.1 測量過程概述

試驗前進行一次鹽霧沉降量均勻度測試，觀察量筒收集的沉降后的鹽水量是否在合格范圍內(nèi)，然后在車身13處不同部位劃出長度約10 cm、寬度1 mm的標準劃痕，按照標準完成試驗循環(huán)后，在劃痕的長度方向上平均取10個點（兩端空出約0.5 cm），在每個點的寬度方向上測量其腐蝕擴展量，然后根據(jù)公式計算其平均值，得到這個部位的單邊腐蝕擴展量。通過建立不確定度分析模型進行計算和評定之后，作出不確定度報告。

1.2 不確定度分析數(shù)學模型的建立

劃痕腐蝕量不確定度“魚骨圖”見圖1。

圖1 劃痕腐蝕量不確定度“魚骨圖”Figure 1 The fish bone map for uncertainty of scratch corrosion amount

通過對試驗過程進行分析，建立劃痕腐蝕單邊擴展量的數(shù)學模型：

其中，L—最終的報告值，L0—劃痕擴展量的測定值，αL0—修正值，α—修正系數(shù)，且：

1.3 鹽（氯化鈉）溶液配制過程中引入的相對不確定度uBYre（lY）

對鹽溶液結(jié)果可能造成影響的因素主要有以下幾個方面：

（1） 稱量氯化鈉引入的相對不確定度uBY1rel（m）

稱取6 kg［uBY1（m0）］氯化鈉晶體，將其配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的氯化鈉溶液。所使用的電子秤的不確定度涉及兩方面：

① 電子秤最大允許誤差引入的不確定度：查該電子秤說明書最大允許誤差為0.02 kg。取均勻分布，包含因子

② 電子秤分辨率引入的不確定度：查該電子秤說明書分辨率為0.05 kg，半寬0.025 kg。取均勻分布，k=

合成不確定度分量，得到稱量的標準不確定度：

相對不確定度為：

（2） 氯化鈉純度引入的要對不確定度uBY2rel（P）

相對不確定度為：

（3） 鹽水罐溶液量測量最大允許誤差引入的相對不確定度uBY3rel

查該鹽水罐說明書，其測量最大允許誤差為1%。取均勻分布，

合成各分量不確定度，得到鹽水溶液的標準相對不確定度為：

1.4 鹽霧沉降引入的相對不確定度uBrel（Q）

查說明書得知，控制艙內(nèi)鹽霧噴灑量的流量計的誤差為2.5%，取均勻分布，則：

1.5 pH測量引入的相對不確定度uBrel（pH）

pH計的使用是為了驗證收集到的溶液趨于中性（pH≈7.0），其不確定度包括分辨率和最大誤差兩方面：

（1） pH計分辨率引入的不確定度

查說明書得知該儀器分辨率為0.01，半寬0.005，取均勻分布，則：

（2） pH計最大誤差引入的不確定度

合成不確定度分量，得到pH計的標準不確定度為：

相對不確定度為：

1.6 重復(fù)測量引入的不確定度（A類）uArel（U）

在工作間常溫環(huán)境下，對樣品某處劃痕的某個點的腐蝕擴展量重復(fù)測量10次，所得結(jié)果如表1所示。

表1 樣品劃痕擴展量測試結(jié)果Table 1 Test results of scratch expansion value of sample

根據(jù)粗大誤差的剔除規(guī)則，發(fā)現(xiàn)此數(shù)據(jù)列中并無粗大誤差，故求此數(shù)據(jù)列的平均值：

使用貝塞爾公式計算單次測量試驗的標準差：

由于實際檢測中，規(guī)定重復(fù)檢測10次，所以U的A類標準不確定度uA（U）為：

樣品劃痕腐蝕擴展量的相對不確定度為：

1.7 儀器和讀數(shù)引入的不確定度（B類）uBrel（l）

（1） 游標卡尺最大允差引入的不確定度

查該游標卡尺說明書，其最大允差為0.05 mm。取均勻分布，

（2） 游標卡尺讀數(shù)分辨率引入的不確定度

查該游標卡尺說明書，其分辨率為0.02 mm，半寬0.01 mm。取均勻分布，

合成不確定度分量，得到測量的標準不確定度為：

由于測量值中最小值為1.82 mm，則其相對不確定度為：

1.8 合成不確定度與擴展不確定度

在不確定度評定時，已憑經(jīng)驗將一些不確定度分量以及一些數(shù)值很小、對結(jié)果影響較小的不確定度分量剔除，將各不確定度分量列于表2中。

由于各個不確定度分量均相互獨立，故可合成各相對標準不確定度分量：

合成標準不確定度為：

取正態(tài)分布，置信區(qū)間95%，包含因子k=2，則擴展不確定度U為：

結(jié)果報告：

白車身第j處單個劃痕的單邊腐蝕擴展量為：

表2 測量不確定度分量表Table 2 Measurement uncertainty subscales

2 結(jié)果及分析

由于劃痕初始寬度為1 mm，對于此處的材料，經(jīng)查試驗標準及作業(yè)指導(dǎo)書，其合格范圍限值為2 mm。對于本次劃痕單邊擴展量的測量結(jié)果，考慮其不確定度，發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果落在安全范圍之外的概率為零，可以判定結(jié)果合格，如圖2所示。

圖2 考慮不確定度的測量結(jié)果評定圖Figure 2 Result evaluation figure with consideration of the measurement uncertainty

如果假設(shè)測量結(jié)果為1.95 mm，考慮不確定度之后有小部分概率測量結(jié)果可能落在安全范圍之外，故存在一定風險；如果有一定概率測量結(jié)果為2.05 mm，考慮不確定度之后僅有小部分概率測量結(jié)果可能落在安全范圍之內(nèi)，有一定概率此測量結(jié)果仍合格，但風險較大；若測量結(jié)果為2.15 mm，考慮其不確定度之后，發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果落在安全范圍內(nèi)的概率為零，故可以判定結(jié)果不合格。從這幾項假設(shè)中可以看出：測量不確定度的評定有著很重要的意義，特別是當分析結(jié)果處于產(chǎn)品質(zhì)量標準的臨界值時，更應(yīng)該給出測量結(jié)果的不確定度。

3 結(jié)語

（1） 本次不確定度分析基于傳統(tǒng)不確定度分析方法，綜合考慮人（讀數(shù)誤差）、機（儀器誤差）、料（鹽溶液的配制）、法（重復(fù)測量）、環(huán)（pH及沉降量）等因素帶來的不確定度（不確定度的分量），建立了試驗的數(shù)學模型并分析試驗的因果關(guān)系，對某款在產(chǎn)車型的車身循環(huán)鹽霧腐蝕試驗結(jié)果進行不確定度評定，其從計算到合成簡潔直觀，有效保證了試驗結(jié)果的準確性，同時也為試驗室CNAS（中國合格評定國家認可委員會）在試驗方法方面的審核做好了準備工作。

（2） 不確定度的評定從根本上改變了將測量誤差分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差的傳統(tǒng)分類方法，它在可修正的系統(tǒng)誤差修正以后，將余下的全部“誤差”劃分為可以用統(tǒng)計方法計算的A類分量和用其他方法估算的B類分量兩類“誤差”。A類分量用多次重復(fù)測量以統(tǒng)計方法算出的標準偏差來表征，而B類分量用其他方法估算出近似的“標準偏差”來表征，并可像標準偏差那樣去處理。若上述分量彼此獨立，通?？捎梅讲詈铣傻姆椒ǖ贸龊铣刹淮_定度的表征值。但由于不確定度是未定誤差的特征描述，故不能用于修正測量結(jié)果。

（3） 測量不確定度的評定對檢測及校準試驗室有著重要意義。因為不確定度能夠反映測試結(jié)果的可靠度和精確度，同時其還能夠?qū)υ囼炓仄鸬街笇?dǎo)性的作用，包括接受測量任務(wù)時根據(jù)不確定度選擇合適的儀器及試驗環(huán)境，還包括在試驗過程和試驗后對不確定度數(shù)值與成因進行分析，找到影響試驗精度的因素并加以校正?？傊瑢y量不確定度的研究是試驗室發(fā)展至關(guān)重要的課題之一。

［1］施昌彥. 測量不確定度評定與表示指南［M］. 北京：中國計量出版社，2000.

［2］謝少鋒. 測量系統(tǒng)不確定度分析及其動態(tài)性研究［J］. 中國計量學報，2002（7）.

［3］陸永麗，孫承君.鹽霧試驗中的測量不確定度［J］.安全與電磁兼容，2013（3）：87- 90.

［4］GB/T 10125—2012 人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗［S］.北京：國家質(zhì)檢總局，國家標準化管理委員會，2012.

［5］VDA233-102：Cyclic Corrosion Testing of Material and Components in Automotive Construction［S］.Verband Der Automobil Industrie.e.v，2013.

［6］JJF1059.1—2012.測量不確定度評定與表示［S］.北京：國家質(zhì)檢總局，2012.

［7］CNAS-CL07—2011.測量不確定度的要求［S］.中國合格評定國家認可委員會，2011.

［8］CNAS-GL05—2011.測量不確定度要求的實施指南［S］.中國合格評定國家認可委員會，2011.