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

高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證各參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響

俞晨雄1朱順2/ 1．上海馬陸日用友捷汽車(chē)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(yùn)用高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果，采用三種不同容積的試驗(yàn)箱，使用自帶和附加溫度傳感器兩種不同讀取方式，對(duì)能力驗(yàn)證樣品進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)并分析。發(fā)現(xiàn)溫變速率和讀取方式對(duì)高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證動(dòng)作溫度的影響較大。為高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證提供者及實(shí)驗(yàn)室合理實(shí)施能力驗(yàn)證活動(dòng)提供參考。

電子電工；溫變速率；高溫試驗(yàn)；能力驗(yàn)證；動(dòng)作溫度；電氣領(lǐng)域

0 引言

能力驗(yàn)證是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，按照預(yù)先制定的準(zhǔn)則評(píng)價(jià)參加者的能力。能力驗(yàn)證作為重要的外部質(zhì)量評(píng)價(jià)活動(dòng)，尋求并參加能力驗(yàn)證是合格評(píng)定機(jī)構(gòu)的責(zé)任和義務(wù)[1]。具體實(shí)施方式為，實(shí)施機(jī)構(gòu)向參加實(shí)驗(yàn)室發(fā)送樣品，要求實(shí)驗(yàn)室在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)并報(bào)出測(cè)試結(jié)果，再將所有參加實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，依據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室與其他實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果的一致性來(lái)判定實(shí)驗(yàn)室對(duì)于指定項(xiàng)目的檢測(cè)能力。能力驗(yàn)證工作在國(guó)際上受到廣泛的重視，是認(rèn)可機(jī)構(gòu)加入和維持國(guó)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(yàn)是電氣領(lǐng)域檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室最常開(kāi)展的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。根據(jù)CNAS文件[3]要求：電氣領(lǐng)域檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)進(jìn)行不低于1次/2 a頻率的性能測(cè)試子領(lǐng)域能力驗(yàn)證活動(dòng)。而能力驗(yàn)證機(jī)構(gòu)提供的性能測(cè)試子領(lǐng)域能力驗(yàn)證計(jì)劃或測(cè)量審核最常見(jiàn)的就是高溫試驗(yàn)項(xiàng)目。以2016年度參加CNAS認(rèn)可的某能力驗(yàn)證機(jī)構(gòu)提供的高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)驗(yàn)證和重復(fù)性試驗(yàn)，對(duì)影響高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果的因素進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)樣品

本次能力驗(yàn)證計(jì)劃提供的試驗(yàn)樣品為一個(gè)高溫試驗(yàn)測(cè)試盒，另附一個(gè)氖燈作指示燈使用。為避免對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響，能力驗(yàn)證機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱PTP）要求試驗(yàn)中禁止對(duì)樣品進(jìn)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(jìn)行連接。

2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)依據(jù)GB/T 2423.2-2008《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)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(yàn)Bb：非散熱試驗(yàn)樣品溫度漸變的高溫試驗(yàn)”的要求進(jìn)行的試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)簡(jiǎn)述

按照?qǐng)D1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(yàn)箱中心，指示燈置于試驗(yàn)箱外。

圖1 樣品連接示意圖

接通電路，指示燈亮。開(kāi)啟試驗(yàn)箱，自常溫開(kāi)始升溫，至指示燈熄滅，記錄此時(shí)的動(dòng)作溫度，即為高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果。

4 能力驗(yàn)證結(jié)果

本次能力驗(yàn)證給出的中位值X = 60.9 ℃，能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差σ = 4.411 ℃。能力統(tǒng)計(jì)量Z的計(jì)算公式如下：

式中：X——能力驗(yàn)證中位值；

x——實(shí)驗(yàn)室的能力驗(yàn)證結(jié)果報(bào)出值；

σ——能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差

根據(jù)能力統(tǒng)計(jì)量，能力評(píng)價(jià)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(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證規(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(yàn)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(duì)未規(guī)定的三個(gè)可能影響因素，實(shí)驗(yàn)室采用三種不同的試驗(yàn)箱進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，試驗(yàn)箱的部分參數(shù)信息見(jiàn)表1。

表1 能力驗(yàn)證用溫度箱部分參數(shù)

5.2 溫升速率

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

表2 試驗(yàn)箱A及附加測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

圖2 試驗(yàn)箱A及附加測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量曲線

表3 試驗(yàn)箱B及附加測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

圖3 試驗(yàn)箱B及附加測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量曲線

表4 試驗(yàn)箱C及附加測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

圖4 試驗(yàn)箱C及附加測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量曲線

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

式中：T——?jiǎng)幼鳒囟龋?/p>

k——溫變速率；

T0——?jiǎng)幼鳒囟壤碚撝担ㄔ撝禑o(wú)法從能力驗(yàn)證試驗(yàn)中獲得，因?yàn)闇刈兯俾薀o(wú)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?yàn)闇刈兯俾薀o(wú)法為0）

由此可見(jiàn)，三個(gè)試驗(yàn)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差σ的80%，可見(jiàn)溫變速率對(duì)動(dòng)作溫度影響較大。

同時(shí)，由圖2～圖4可以看出動(dòng)作溫度理論值分別為：57.99 ℃、57.88 ℃、57.83 ℃，而本次使用附加測(cè)量系統(tǒng)的最大允差為±0.1 ℃。動(dòng)作溫度理論值的波動(dòng)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(dòng)作溫度理論值可作為能力驗(yàn)證結(jié)果值。

5.3 讀取方式

本次能力驗(yàn)證的讀取方式有兩種：一種是利用溫度箱自帶顯示屏讀取；另一種是采用附加測(cè)試系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）讀取。

在進(jìn)行試驗(yàn)箱B及附加測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)使用試驗(yàn)箱B的自帶顯示屏讀取動(dòng)作溫度值，重復(fù)性測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)合表5和圖5，對(duì)比試驗(yàn)箱B采用不同讀取方式的測(cè)量值見(jiàn)表6，不同測(cè)量方式之間的差值與溫升速率之間的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。

表5 試驗(yàn)箱B及自帶測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

表6 試驗(yàn)箱B采用不同測(cè)量方式的差異

圖5 試驗(yàn)箱B采用不同測(cè)量方式的差異曲線

由表5可見(jiàn)，采用自帶顯示屏讀取的動(dòng)作溫度值，溫變速率和測(cè)量值有強(qiáng)相關(guān)（R2= 0.998）的線性關(guān)系，溫變速率越大，測(cè)量值（即能力驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果報(bào)出值）越大。根據(jù)式（2），其最大理論溫差為6.098 ℃，進(jìn)而說(shuō)明無(wú)論以何種形式讀取測(cè)量值，溫變速率對(duì)動(dòng)作溫度的影響都較大。

由表6可見(jiàn)，采用自帶顯示屏讀取的動(dòng)作溫度值，要高于采用PT100溫度傳感器等附加測(cè)試系統(tǒng)讀取的動(dòng)作溫度值。這是由于試驗(yàn)箱產(chǎn)生的需求熱量總是先經(jīng)過(guò)試驗(yàn)箱自帶溫度傳感器之后才通過(guò)氣流流入試驗(yàn)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(shí)候。這種差異可以達(dá)到2.81 ℃，其大小約為能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差σ的64%?？梢?jiàn)讀取方式對(duì)動(dòng)作溫度有一定的影響。

另外，通過(guò)溫度箱校準(zhǔn)證書(shū)對(duì)溫度進(jìn)行修正后，依舊相差較大。這是由于溫度試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)[5]是在靜態(tài)的條件下進(jìn)行的，是在一定時(shí)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(diǎn)的溫度相差不大。但是，能力驗(yàn)證的動(dòng)作溫度是動(dòng)態(tài)的，是在溫度變化過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量的，試驗(yàn)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(yàn)箱容積在不同溫變速率下的動(dòng)作溫度匯總，如表7所示，并根據(jù)表7中的動(dòng)作溫度與溫變速率繪制關(guān)系曲線，如圖6所示。

表7 試驗(yàn)箱不同容積對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果

圖6 試驗(yàn)箱不同容積對(duì)應(yīng)的測(cè)量曲線

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

綜上所述，溫變速率和讀取方式是影響動(dòng)作溫度的兩個(gè)重要因素。同時(shí)由于各試驗(yàn)箱的容積不同，試驗(yàn)箱自帶溫度傳感器距離樣品的位置不同，因此建議在進(jìn)行高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證時(shí)，實(shí)驗(yàn)室采用附加測(cè)量系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）放置在樣品特定位置進(jìn)行測(cè)量。

6 結(jié)語(yǔ)

能力驗(yàn)證工作已經(jīng)越來(lái)越受到國(guó)際和國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和管理部門(mén)的重視。我國(guó)的實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證工作雖然起步較晚，但是經(jīng)過(guò)十多年的努力，已經(jīng)取得了顯著的成就[2]。能力驗(yàn)證的本質(zhì)是個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行比對(duì)，以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室能力并提供改進(jìn)方向。因此，在進(jìn)行高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證時(shí)，應(yīng)采用附加測(cè)量系統(tǒng)（如PT100溫度傳感器）放置在樣品指定位置進(jìn)行測(cè)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(shí)驗(yàn)室測(cè)量動(dòng)作溫度理論值作為能力驗(yàn)證結(jié)果報(bào)出值。

能力驗(yàn)證是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制不可缺少的方式之一，如何有效開(kāi)展能力驗(yàn)證活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室提升檢測(cè)技術(shù)能力，以及發(fā)掘?qū)嶒?yàn)室潛在風(fēng)險(xiǎn)[6]，具有十分重要的意義。

[1]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì). CNAS-RL02：2016 能力驗(yàn)證規(guī)則[S].北京：2016.

[2]唐凌天，符斌. 實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證的發(fā)展[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2013，3（4）：11-15.

[3]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì). CNAS-AL07:2015 CNAS能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次表[S].北京：2015.

[4]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì). CNAS-GL02:2014 能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南[S].北京：2014.

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

[6]朱順. 基于實(shí)例分析的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)有效性評(píng)價(jià)[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，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