蘇淑華，朱珈，張宗取

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗(yàn)證與現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審作為中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（英文縮寫(xiě)：CNAS）對(duì)合格評(píng)定機(jī)構(gòu)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的兩種主要方式[1]，其重要性顯而易見(jiàn)。能力驗(yàn)證的目的是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室從事特定檢測(cè)或測(cè)量的能力，監(jiān)視實(shí)驗(yàn)室的持續(xù)能力。

能力驗(yàn)證旨在通過(guò)試驗(yàn)的再現(xiàn)性和可比性，識(shí)別實(shí)驗(yàn)室間的差異、存在的問(wèn)題，使其質(zhì)量控制得到有效的保障。高、低溫試驗(yàn)是確保產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性的重要手段。因此，進(jìn)行高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證對(duì)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)質(zhì)量控制非常必要。

1 高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法選擇

1.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分別為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》和GB/T 2423.1-2008《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)A：低溫》。

1.2 試驗(yàn)方法的選擇

高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證樣品為非散熱高、低溫試驗(yàn)測(cè)試盒，試驗(yàn)方法分別采用試驗(yàn)Bb：非散熱試驗(yàn)樣品溫度漸變的高溫試驗(yàn)及試驗(yàn)Ab：非散熱試驗(yàn)樣品溫度漸變的低溫試驗(yàn)。

2 項(xiàng)目考核的關(guān)鍵點(diǎn)

高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證作為電氣領(lǐng)域能力驗(yàn)證開(kāi)發(fā)較早的成熟項(xiàng)目，從人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解、測(cè)試方法的掌握、設(shè)備的使用以及設(shè)備的校準(zhǔn)等方面進(jìn)行綜合考核。

2.1 測(cè)試方法

1）按圖1所示的線路連接樣品，試驗(yàn)供電電源：220 V±5 %，～50 Hz±1 %；

圖1 線路連接圖

2）樣品放置在試驗(yàn)箱外，將樣品感溫探頭放入試驗(yàn)箱中，進(jìn)入試驗(yàn)箱的毛細(xì)管長(zhǎng)度大于700 mm，且毛細(xì)管不能被覆蓋；

3）接通電路，開(kāi)啟試驗(yàn)箱，從常溫開(kāi)始升溫或降溫，觀察指示燈狀態(tài)，至指示燈熄滅，記錄試驗(yàn)起始和結(jié)束時(shí)間、試驗(yàn)起始溫度和指示燈熄滅瞬間樣品的動(dòng)作溫度。

2.2 人員因素

人員是能力驗(yàn)證活動(dòng)的關(guān)鍵，人員的技術(shù)能力水平是測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要因素。實(shí)驗(yàn)室需要選用具備相關(guān)能力要求的人員，并對(duì)授權(quán)人員進(jìn)行監(jiān)控，以確保人員能力的持續(xù)滿足。

1）標(biāo)準(zhǔn)的理解：對(duì)GB/T 2423.2和GB/T 2423.1標(biāo)準(zhǔn)條款的充分理解，比如：標(biāo)準(zhǔn)5.1總則“試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度變化速率不應(yīng)超過(guò) 1 K/min（不超過(guò)5 min時(shí)間的平均值）[2,3]。”

2）設(shè)備的選用：參加能力驗(yàn)證需要選用精度比較高的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)于高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證，選用各個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的溫度偏差、溫度均勻度、溫度波動(dòng)度小的試驗(yàn)箱，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性更加有保障。

3）設(shè)備的操作：測(cè)試人員應(yīng)掌握試驗(yàn)設(shè)備工作原理，并能熟練地操作設(shè)備，正確布置樣品及感溫探頭在試驗(yàn)箱的位置，并及時(shí)讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，避免讀數(shù)延時(shí)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.3 溫變速率

GB/T 2423.2和GB/T 2423.1標(biāo)準(zhǔn)5.1條款的要求：試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度變化速率不應(yīng)超過(guò)1 K/min（不超過(guò)5 min時(shí)間的平均值）”，這是考核的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

試驗(yàn)箱內(nèi)部的溫度點(diǎn)與箱體的溫度偏差、溫度均勻度、溫度波動(dòng)度都有關(guān)系，要使箱內(nèi)溫度點(diǎn)更真實(shí)反映樣品的設(shè)定溫度值，在試驗(yàn)箱升溫或降溫過(guò)程中，需對(duì)溫度變化速率進(jìn)行控制。過(guò)快的溫度變化速率，箱體內(nèi)部溫度沒(méi)有足夠的時(shí)間達(dá)到均勻，加上溫度傳遞的滯后，容易造成測(cè)試的結(jié)果與設(shè)定的溫度值存在偏差，因此，試驗(yàn)過(guò)程中箱內(nèi)溫度變化速率應(yīng)不超過(guò) 1 K/min（不超過(guò)5 min時(shí)間的平均值）。

本文對(duì)2020年和2021年高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃溫度變化速率對(duì)結(jié)果影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳見(jiàn)表1和表2。

表1 溫度變化速率對(duì)高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃離群結(jié)果的影響統(tǒng)計(jì)

表2 溫度變化速率對(duì)低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃離群結(jié)果的影響統(tǒng)計(jì)

從表1和表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，溫度變化速率是影響高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證測(cè)試結(jié)果的重要因素之一，特別是對(duì)高溫試驗(yàn)影響較大, 溫度變化速率大于1 K/min的實(shí)驗(yàn)室，其結(jié)果離群的幾率較高，4個(gè)批次中有3個(gè)批次的離群率在50 %上下。同時(shí)，從以上的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，測(cè)試過(guò)程中的溫度變化速率不是測(cè)試結(jié)果的唯一影響因素，測(cè)試結(jié)果離群除了控制好試驗(yàn)箱內(nèi)溫度變化速率之外，還有其他因素需要重點(diǎn)考慮。

2.4 測(cè)試布局

高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證另一個(gè)重要考核點(diǎn)是測(cè)試人員對(duì)試驗(yàn)箱空間溫度場(chǎng)分布狀況的綜合考慮。試驗(yàn)箱內(nèi)部的布置是影響測(cè)試結(jié)果的另一個(gè)關(guān)鍵因素，主要考核實(shí)驗(yàn)室是否充分考慮試驗(yàn)箱空間溫度場(chǎng)分布狀況，以及選擇準(zhǔn)確讀取試驗(yàn)箱溫度的方式，從而較為全面地考核實(shí)驗(yàn)室對(duì)溫度箱使用的能力。

本方案的高、低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證是一個(gè)溫度變化的動(dòng)態(tài)測(cè)試，在升溫/降溫過(guò)程中，箱體內(nèi)部因?yàn)闊犸L(fēng)/冷風(fēng)的傳遞流動(dòng)會(huì)形成一定的溫度梯度，因此，試驗(yàn)樣品感溫探頭在試驗(yàn)箱內(nèi)部的不同位置會(huì)導(dǎo)致測(cè)試溫度的差異。

為了驗(yàn)證試驗(yàn)箱空間溫度場(chǎng)分布的情況，本文隨機(jī)選取了一個(gè)高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證樣品，采用了有效容積為1 m3的試驗(yàn)箱，試驗(yàn)過(guò)程中的升溫速率設(shè)置為1 ℃/min，試驗(yàn)外接溫度巡檢儀，在試驗(yàn)箱內(nèi)布置了5個(gè)熱點(diǎn)偶采集溫度，如圖2所示，測(cè)試結(jié)果如圖3。

圖2 熱電偶采集溫度在試驗(yàn)箱內(nèi)的布置圖

圖3 熱電偶采集器5個(gè)通道測(cè)試結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果分析，熱電偶采集器的通道1（樣品感溫探頭）和通道3（試驗(yàn)箱傳感器）溫度值比較接近，由此可見(jiàn)，通過(guò)箱體自帶溫度顯示值讀取結(jié)果的，樣品感溫探頭放在接近試驗(yàn)箱傳感器位置會(huì)更為準(zhǔn)確。這是由于箱體內(nèi)部熱風(fēng)傳遞形成一定的溫度梯度，箱內(nèi)不同位置動(dòng)作溫度存在一定的差距，因此，測(cè)試時(shí)需根據(jù)箱子的具體情況選擇樣品感溫探頭在試驗(yàn)箱內(nèi)的最佳位置，避免因感溫的偏差造成測(cè)試結(jié)果的不滿意。對(duì)于試驗(yàn)箱比較大，樣品的感溫探頭無(wú)法放在靠近箱子溫度傳感器的位置時(shí)，或者試驗(yàn)箱的溫度均勻度和溫度波動(dòng)度較大，兩者情況都可以考慮增加數(shù)據(jù)采集器讀取樣品動(dòng)作溫度，從而使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.5 讀取方式

為了驗(yàn)證采用箱體自帶溫度傳感器和外接溫度巡檢儀兩種方式測(cè)試讀取樣品動(dòng)作溫度的差距，本文隨機(jī)抽取了三個(gè)低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證樣品，選用有效容積為1m3的試驗(yàn)箱，樣品感溫探頭均放置于試驗(yàn)箱內(nèi)幾何中心位置。采用兩種不同的方式讀取測(cè)試結(jié)果：第一，測(cè)試樣品動(dòng)作溫度的讀取方式為試驗(yàn)箱自帶溫度顯示值，結(jié)果數(shù)據(jù)如表3；第二，采用外接溫度巡檢儀讀取動(dòng)作溫度的方式，將溫度巡檢儀的熱電偶與試驗(yàn)樣品的感溫探頭放在一起進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果數(shù)據(jù)如表4。

表3 采用箱體自帶傳感器測(cè)試樣品動(dòng)作溫度的結(jié)果數(shù)據(jù)

表4 采用外接溫度巡檢儀測(cè)試樣品動(dòng)作溫度的結(jié)果數(shù)據(jù)

從以上兩個(gè)表的結(jié)果數(shù)據(jù)可以得出，低溫試驗(yàn)采用外接溫度巡檢儀比箱體自帶溫度顯示值測(cè)試的樣品動(dòng)作溫度基本上低1 ℃左右，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以得出采用外接溫度巡檢儀讀取的動(dòng)作溫度更接近樣品設(shè)置的溫度值。所以，在測(cè)試前實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)箱的具體情況選擇合適的讀取方式，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.6 設(shè)備選擇

高、低溫試驗(yàn)箱體的選擇，可以從以下幾個(gè)方面加以考慮：溫度箱的有效容積、試驗(yàn)設(shè)備的精度、試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)。

1）溫度箱的有效容積

在相同的條件下，容積小的溫度箱比大容積的更好控制箱內(nèi)的溫度。一般情況下，容積小的試驗(yàn)箱內(nèi)溫場(chǎng)較穩(wěn)定、溫度梯度較小。不過(guò)由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)對(duì)象不同，所需的箱體容積要求也不一樣，當(dāng)使用大容積的試驗(yàn)箱測(cè)試高、低溫試驗(yàn)樣品的動(dòng)作溫度時(shí)，最好外接溫度巡檢儀，將熱點(diǎn)偶與樣品感溫探頭放在一起采集其動(dòng)作溫度，避免因箱內(nèi)溫度場(chǎng)的影響造成測(cè)試結(jié)果的離群。

2）試驗(yàn)設(shè)備的精度

能力驗(yàn)證的目的是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)能力，實(shí)驗(yàn)室要獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，除了有效理解標(biāo)準(zhǔn)、充分掌握測(cè)試方法，正確使用試驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)，采用精確度高的試驗(yàn)設(shè)備對(duì)能力驗(yàn)證是至關(guān)重要的，這也是對(duì)實(shí)驗(yàn)室各方面能力的綜合考核。

3）試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)室對(duì)溫度箱做校準(zhǔn)計(jì)劃時(shí)，建議對(duì)盡可能多的不同溫度點(diǎn)地進(jìn)行校準(zhǔn)，使高、低溫測(cè)試動(dòng)作溫度在校準(zhǔn)的覆蓋范圍，作為測(cè)試結(jié)果的參考，必要時(shí)根據(jù)試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修正。此外，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該選擇有相應(yīng)資質(zhì)的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，并嚴(yán)格核對(duì)各校準(zhǔn)指標(biāo)，確保校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。

3 小結(jié)

能力驗(yàn)證作為實(shí)驗(yàn)室外部質(zhì)量控制的重要手段，旨在通過(guò)合理、全面的方案，有效地考核實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解應(yīng)用，測(cè)試方法的掌握，試驗(yàn)設(shè)備的選擇與應(yīng)用，人員能力等多方面，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的綜合能力；識(shí)別實(shí)驗(yàn)室中存在的問(wèn)題，制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施，有效地提高實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)能力；持續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的能力。