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)境試驗中心，綿陽 621999）

低溫試驗測量審核分析

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)境試驗中心，綿陽 621999）

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

低溫試驗；測量審核；不確定度評定

引言

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

CNAS-RL02《CNAS能力驗證規(guī)則》[1]明確定義，能力驗證活動包括能力驗證計劃、測量審核和實驗室間比對計劃；其中能力驗證計劃是為保證實驗室在特定檢測、測量、校準或檢查領(lǐng)域的能力而設(shè)計和運作的一輪或多輪實驗室間比對，而測量審核是指一個參加者對被測物品（材料或制品）進行實際測試，其測試結(jié)果與參考值進行比較的活動。每年，因項目方案設(shè)計、樣品制備、參加實驗室數(shù)量以及費用投入等各種因素的影響，由能力驗證提供機構(gòu)組織的能力驗證計劃實施項目十分有限；而測量審核是對一個參加者進行“一對一” 能力評價的能力驗證計劃[1]，在無適當、適時的常規(guī)能力驗證計劃時，認可實驗室和申請實驗室可依據(jù)申請項目與范圍參加適當?shù)臏y量審核；因此，實驗室可根據(jù)自身實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證計劃已成為實驗室認可機構(gòu)或政府部門對實驗室進行質(zhì)量控制的重要手段。

CNAS-AL07《CNAS能力驗證領(lǐng)域和頻次表》[2]規(guī)定，電氣行業(yè)性能測試子領(lǐng)域，即高低溫試驗所在子領(lǐng)域的最低參加頻次要求是1次/2年，當無適當?shù)?、適時的常規(guī)能力驗證計劃開展時，實驗室可參加相應(yīng)行業(yè)子領(lǐng)域的測量審核或?qū)嶒炇议g比對，這樣既可滿足CNAS的頻次要求，又可加強本實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制，為自身的持續(xù)改進提供信息。本文以中物院環(huán)境試驗中心氣候?qū)嶒炇覅⒓訌V州威凱檢測技術(shù)研究院組織的低溫試驗測量審核為例，對測量審核活動進行分析。

1 低溫試驗測量審核方法

低溫試驗測量審核依據(jù)GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗A：低溫》中“試驗Ab：非散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗”的規(guī)定進行試驗。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。低溫試驗測量審核活動的目的是驗證實驗室按照相應(yīng)標準對電工電子產(chǎn)品進行低溫測試的能力，考察實驗室的低溫測試系統(tǒng)是否滿足低溫測試的相關(guān)要求。

本文低溫試驗測量審核活動的樣品是由CNAS測量審核指定機構(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。

試驗測試示意圖見圖2所示，試驗時，樣品放置在溫度試驗箱外，將樣品的感溫探頭穿過試驗箱測試孔放入溫度試驗箱內(nèi)部中心位置處；同時增加監(jiān)測手段，外接數(shù)據(jù)采集器進行溫度監(jiān)控，與數(shù)據(jù)采集器相連接的T型測溫熱電偶與樣品的感溫探頭盡量靠近。接通電路（試驗供電電源：220V±5%～, 50Hz±1%，電路導線橫截面積：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)定試驗箱溫度變化速率0.5℃/min，開啟溫度試驗箱，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)學模型

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

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、料、法、環(huán)、測等方面進行分析，可以識別出影響測量結(jié)果的因素包括：①人員讀數(shù)；②溫度試驗箱特性（如溫度偏差，溫度箱內(nèi)的時間波動度與空間均勻性等）；③數(shù)據(jù)采集器的檢定；④測溫熱電偶的檢定；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)的時延等。

其中，溫度試驗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，當測量結(jié)果采用試驗箱自帶傳感器讀數(shù)時，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，溫度箱置于試驗大廳內(nèi)，試驗大廳內(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)進行試驗，溫度箱測試孔在試驗過程中已封堵，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)點與感溫探頭所處的溫度場的差異，是個動態(tài)、復雜而細微的過程，由于二者非?？拷?，故影響較小，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，影響本文試驗測量結(jié)果的主要因素有：①溫度試驗箱偏差；②溫度試驗箱波動度；③溫度試驗箱的均勻性；④數(shù)據(jù)采集器的檢定；⑤測溫熱電偶的檢定；⑥降溫速率。

2.2.2 各分量的標準不確定度評定

1）溫度試驗箱的偏差

校準證書顯示溫度試驗箱在-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）溫度試驗箱的波動度

校準證書顯示溫度試驗箱在-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）溫度試驗箱的均勻度

校準證書顯示溫度試驗箱在-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）測溫熱電偶的檢定

檢定證書顯示測量溫度點附近熱電偶的最大偏差為0℃，則

6）溫度變化速率

試驗設(shè)定溫度箱的降溫速率為0.5℃/min，在到達溫控器響應(yīng)的溫度時，試驗箱內(nèi)的溫度在持續(xù)變化，可能造成試驗箱內(nèi)的溫度與實際動作溫度不完全一致。根據(jù)讀數(shù)時的經(jīng)驗判斷，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 合成標準不確定度

當測量結(jié)果采用試驗箱自帶傳感器讀數(shù)時，需考慮溫度試驗箱的特性和降溫速率的影響，故合成標準不確定度為：

當測量結(jié)果采用外接數(shù)據(jù)采集器讀數(shù)時，需考慮接數(shù)據(jù)采集器和測溫熱電偶及降溫速率的影響，故合成標準不確定度為：

2.2.4 擴展不確定度

當測量結(jié)果采用試驗箱自帶傳感器讀數(shù)時，對應(yīng)約95%的置信概率，取k=2，計算得擴展不確定度：

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

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，當測量結(jié)果采用試驗箱自帶傳感器讀數(shù)時，對測量審核結(jié)果不確定度貢獻最大的是試驗設(shè)備（溫度試驗箱的偏差、波動度和均勻度）的不確定度，再次是試驗方法即降溫速率的選擇；當采用外接數(shù)據(jù)采集器讀取樣品感溫探頭附近試驗箱內(nèi)溫度值時，對測量審核結(jié)果不確定度貢獻最大的是試驗方法即降溫速率的選擇，其次是溫度測試儀器（包括測溫熱電偶和數(shù)據(jù)采集器）的檢定結(jié)果。因此在試驗過程中，應(yīng)嚴格按照GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗A：低溫》要求，確認溫度試驗箱能夠滿足試驗要求，并控制好降溫速率，文獻[4]也分析認為造成低溫試驗測量審核結(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 低溫試驗測量審核結(jié)果

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

最后報告低溫試驗測量審核結(jié)果時，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），二者取其一進行提交報告即可（本文實例選擇后者進行提交報告）?？梢钥闯觯捎貌煌瑴y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)標準方法規(guī)定評定（Z值）。本文低溫試驗用測量審核的樣品是選用低溫試驗?zāi)芰︱炞C計劃的剩樣，結(jié)果評價方法采用Z值法[4]：

其中：xLAB是參加實驗室的結(jié)果；xREF是參考實驗室的指定值（源自低溫試驗?zāi)芰︱炞C計劃的中位值）；Δ是允許差（源自低溫試驗?zāi)芰︱炞C計劃的2倍標準化四分位距）。

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。

將本實驗室的測試值與參考實驗室的指定值xREF進行比對，均滿足|Z|＜1，說明本實驗室低溫試驗測量審核結(jié)果為滿意。該結(jié)果反映出在此次低溫試驗中，本實驗室的溫度試驗箱自帶測試系統(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，驗證了本實驗室具備按照相應(yīng)標準對電工電子產(chǎn)品進行低溫測試的能力。

4 結(jié)語

實驗室在參加低溫試驗測量審核活動時需特別注意以下幾點：

1）實驗室檢測人員應(yīng)加強對GB/T 2423.1-2008的理解與應(yīng)用；試驗前應(yīng)確認參試溫度試驗箱能夠滿足要求，并在試驗過程中按標準要求控制好溫度變化速率；

2）從人、機、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)同時進行測量（如采用試驗箱自帶傳感器讀數(shù)和增加溫度監(jiān)測儀讀數(shù)），則應(yīng)有針對性地進行不確定度評估，結(jié)果報告時只提交其中一個測量結(jié)果即可。

CNAS低溫試驗測量審核活動要求測試樣品的動作溫度值，在試驗方案設(shè)計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實驗室技術(shù)能力的提高。而獲得滿意評價的實驗室，既能證明其對指定項目具備高質(zhì)量的校準檢測能力，同時也增加了客戶以及相關(guān)方對實驗室的信任。

[1] CNAS-RL02：2010, 能力驗證規(guī)則[S].

[2] CNAS-AL07：2011, CNAS能力驗證領(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?zāi)芰︱炞C常見不滿意原因分析[J]. 環(huán)境技術(shù)，2012(04).

[5] CNAS-GL02：2006, 能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南[S].

[6] 王秀芳, 劉國榮, 朱珈. 低溫試驗?zāi)芰︱炞C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)境試驗中心氣候?qū)嶒炇?，主要從事氣候環(huán)境試驗及武器裝備熱安全工程研究。