劉新蘭/奇瑞汽車股份有限公司

計(jì)量動態(tài)

恒溫槽軟件驗(yàn)證

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0 引言

計(jì)量管理中，已經(jīng)習(xí)慣對儀器、標(biāo)準(zhǔn)、樣品、人員和環(huán)境要素進(jìn)行控制，以保證測量的有效性，但往往忽略了軟件這一看不見的要素對測量結(jié)果的影響。

ISO 10012-2003第6.2條規(guī)定：“測量過程和結(jié)果計(jì)算中所用的軟件應(yīng)形成文件，并經(jīng)識別和受控，以確保持續(xù)使用的適宜性。軟件及其任何修改在啟用前應(yīng)進(jìn)行測試和（或）確認(rèn)，并經(jīng)批準(zhǔn)和存檔。測試應(yīng)在必要的范圍內(nèi)進(jìn)行，以確保測量結(jié)果有效?！笨梢?，軟件對測量有著重要影響，應(yīng)予以測試和受控。一些應(yīng)用不廣泛的非標(biāo)測試軟件，或是全新（版本）的測試軟件，盡管軟件廠家會進(jìn)行必要的出廠測試，但也可能在其未能完全預(yù)知的環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，故使用者最好能夠根據(jù)自身的應(yīng)用情況予以不同程度的針對性驗(yàn)證。

本文介紹了本單位計(jì)量部門對某款恒溫槽設(shè)備在驗(yàn)收前所做的測試軟件驗(yàn)證，并以此拋磚引玉，希望得到計(jì)量同行的指正。

1 恒溫槽測試系統(tǒng)工作原理及軟件技術(shù)要求

1.1 恒溫槽測試系統(tǒng)工作原理

恒溫槽測試系統(tǒng)如圖1所示。通過RS232串行口對外圍設(shè)備進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集，被測信號在計(jì)算機(jī)控制下由數(shù)字多用表經(jīng)RS232接口傳送到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行整個系統(tǒng)測試過程的控制、數(shù)據(jù)處理和顯示。通道控制信息經(jīng)RS-232串行口送至掃描器。有關(guān)中間結(jié)果及測試證書自動存盤并可打印輸出。電測設(shè)備是KEITHLEY2700數(shù)字多用表+7708采集卡，可采集80通道輸入信號。信號通過7708板卡背板的連接器直接輸出到2700數(shù)字多用表中，每通道均具有獨(dú)立、全隔離的高、低輸入端，每個通道均帶冷端自動補(bǔ)償功能，動作時(shí)間小于1 ms，帶鎖存繼電器。

圖1 恒溫槽測試系統(tǒng)工作原理

1.2 恒溫槽測試軟件技術(shù)要求

恒溫槽測試系統(tǒng)運(yùn)用兩支二等鉑電阻，依據(jù)JJF 1030-2010《恒溫槽技術(shù)性能測試規(guī)范》讀出示值，并對所接的傳感器進(jìn)行示值修正。

所帶的數(shù)據(jù)處理軟件按照標(biāo)準(zhǔn)要求對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理，輸出準(zhǔn)確可靠的不同測點(diǎn)溫度、波動度和均勻度三項(xiàng)數(shù)據(jù)。

軟件其他功能要求有：嚴(yán)格按照恒溫槽技術(shù)性能測試規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠在測試過程中動態(tài)給出當(dāng)前測試點(diǎn)的傳感器位置布置圖；測試數(shù)據(jù)計(jì)算過程中加入傳感器證書值進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，提高測試結(jié)果準(zhǔn)確度；采用VC++編程，運(yùn)行在中文Windows98（XP）環(huán)境下，提供了標(biāo)準(zhǔn)的Windows菜單、工具欄、狀態(tài)欄、對話框、多文檔窗口的用戶界面等；多文檔界面允許測試過程中同時(shí)打開多個歷史記錄；測試過程的有關(guān)參數(shù)可分別顯示在“模擬儀表盤”上的各“顯示儀表”中，直觀、形象；有掉電保護(hù)功能，即在測試過程中若突然停電或因故非正常退出程序，再次啟動程序測試時(shí)，可按提示框選擇在原測試的基礎(chǔ)上繼續(xù)測試；測試數(shù)據(jù)與結(jié)果自動以文件形式保存在硬盤上，可隨時(shí)調(diào)出查看、打印。

2 恒溫槽測試軟件的驗(yàn)證

2.1 驗(yàn)證項(xiàng)目

恒溫槽測試軟件驗(yàn)證包括對其輸出的三項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行試驗(yàn)校核，以及對其他功能要求進(jìn)行逐項(xiàng)檢查驗(yàn)證。由于功能要求檢查較為簡單，本文不再贅述。但通過功能要求的逐項(xiàng)檢查，發(fā)現(xiàn)軟件并不具備掉電保護(hù)功能。

2.2 輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的試驗(yàn)校核方案

首先打開系統(tǒng)配置的采集卡，按四線制熱電阻接線方式進(jìn)行接線，用四線制的接線方式將通道1和通道2分別與電阻箱和8位半數(shù)字多用表進(jìn)行連接，如圖2所示。從而在驗(yàn)證中，用電阻箱和8位半數(shù)字多用表取代兩支二等標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻，直接向恒溫槽測試系統(tǒng)輸入可控的電阻值。

圖2 熱電阻接線

根據(jù)JJF 1030-2010建立溫度及其他輸出數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型，并就其正確性與恒溫槽測試軟件技術(shù)人員事先進(jìn)行確認(rèn)。再將軟件輸出報(bào)告上所提供的電阻值代入數(shù)學(xué)模型，對恒溫槽測試系統(tǒng)所輸出的三項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并與測試軟件輸出的結(jié)果進(jìn)行比對，從而對軟件輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 輸出數(shù)據(jù)的計(jì)算模型

按照J(rèn)JF 1030-2010要求，均勻性測試的溫度點(diǎn)需要連接8次，測量A、B、C、D、E、F、G、H共8點(diǎn)。為進(jìn)行恒溫槽各點(diǎn)溫度準(zhǔn)確性驗(yàn)證，在0～419.527 ℃溫區(qū)內(nèi)各點(diǎn)溫度計(jì)算可依據(jù)以下模型：

式中：Wr(t)—參考函數(shù)（其數(shù)值可查閱ITS 90國際溫標(biāo)0～660.323 ℃溫區(qū)內(nèi)參考函數(shù)表）；

C0、Ci—常數(shù)；

ΔW8(t)—差值函數(shù)；

a8、b8—溫度計(jì)分度系數(shù)（由溫度計(jì)檢定證書中給出）

為進(jìn)行恒溫槽溫度波動性準(zhǔn)確性驗(yàn)證，固定點(diǎn)溫度穩(wěn)定10 min后，讀取六次示值，求極差：

為進(jìn)行恒溫槽溫度均勻性準(zhǔn)確性驗(yàn)證，需要分別計(jì)算上下水平面四個測試點(diǎn)中四次固定點(diǎn)平均值與四次校準(zhǔn)點(diǎn)平均值之差，再找出最大值與最小值，求兩者之差：

2.4 輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的試驗(yàn)校核結(jié)果

通道1和通道2的電阻值分別為29.377 Ω和29.376 Ω，輸入數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得到結(jié)果，并與軟件輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。如表1所示，兩者有微小偏差。通道1最大值40.199 ℃，與實(shí)際驗(yàn)證換算差0.003 ℃；最小值40.19 ℃，與實(shí)際驗(yàn)證換算差0.002 ℃。通道2最大值39.597 ℃，與實(shí)際驗(yàn)證換算差0.002 ℃；最小值39.589 ℃，與實(shí)際驗(yàn)證換算差0.0001 ℃。

經(jīng)過分析，產(chǎn)生差異的原因是因?yàn)檐浖敵鰣?bào)告只保留電阻值小數(shù)點(diǎn)后三位，而實(shí)際測得及運(yùn)算的輸入電阻應(yīng)是8位半，不同的小數(shù)位數(shù)帶來了差值。因此和軟件技術(shù)人員溝通后確認(rèn)驗(yàn)證結(jié)論，軟件數(shù)據(jù)處理保留小數(shù)位數(shù)不足。

而為進(jìn)行恒溫槽溫度波動性和溫度均勻性驗(yàn)證，同樣通過將不同電阻值輸入數(shù)學(xué)模型得到結(jié)果，計(jì)算得到的結(jié)果與軟件輸出數(shù)據(jù)完全一致。按校準(zhǔn)規(guī)范，水槽波動性以固定點(diǎn)0點(diǎn)穩(wěn)定10 min后,六次讀數(shù)的最大值與最小值之差為波動度。依據(jù)報(bào)告中的數(shù)據(jù)是40.198 - 40.189 = 0.009（℃），結(jié)論正確。分別計(jì)算上水平面四個測試點(diǎn)中四次固定點(diǎn)平均值與四次校準(zhǔn)點(diǎn)平均值之差,找出最大值與最小值，最大值與最小值之差為水槽均勻性指標(biāo)，依據(jù)報(bào)告中轉(zhuǎn)化的溫度數(shù)據(jù)是0.602 - 0.599 = 0.003（℃），結(jié)論正確。分別計(jì)算下水平面四個測試點(diǎn)中四次固定點(diǎn)平均值與四次校準(zhǔn)點(diǎn)平均值之差,找出最大值與最小值，最大值與最小值之差為水槽均勻性指標(biāo)，依據(jù)報(bào)告中轉(zhuǎn)化的溫度數(shù)據(jù)是0.605 - 0.600 = 0.005（℃），結(jié)論正確。

表1 輸入電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度值換算過程

3 結(jié)語

軟件驗(yàn)證的整個過程，包括前期驗(yàn)證項(xiàng)目討論，中期的驗(yàn)證方法合理性確認(rèn)，以及驗(yàn)證后的問題整改，使用單位和設(shè)備廠家雙方的技術(shù)人員均持續(xù)保持密切溝通，這給軟件驗(yàn)證工作帶來了非常大的幫助。

[1]全國溫度計(jì)量技術(shù)委員會.JJF 1030-2010，恒溫槽技術(shù)性能測試規(guī)范[S].北京：中國計(jì)量出版社，2010.

[2]馬純良.ISO10012：2003 測量管理體系標(biāo)準(zhǔn)理解與實(shí)施[M].北京：中國計(jì)量出版社，2003.

[3]國家技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司編.1990年國際溫標(biāo)宣貫手冊[M].北京：中國計(jì)量出版社，1990.