某高溫試驗能力驗證的不確定度評定

李丹丹，宋慶軍，孫秋香，閆凱，王棟

（濟寧半導體及顯示產品質量監督檢驗中心，濟寧 272000）

引言

能力驗證指的是利用實驗室間比對，按照預先制訂的準則評價參加者的能力。CNAS文件《能力認可規則》中對性能測試子領域要求的最低參加頻次為1次/2年

[1]。按照該文件的劃分，高溫試驗隸屬于電氣檢測領域中性能測試子領域的范疇，且能力驗證提供者提供的性能測試能力驗證計劃或測量審核項目通常也為高低溫試驗[2]。作為環境試驗的常規測試項目，諸多電子電氣產品檢測均涉及高溫試驗，因此，高溫試驗結果的準確與否至關重要。

由于現有檢測技術的不完善以及人類認知水平的限制等導致一切測量結果必然具有不確定度。不確定度越小，表明結果越接近被測量的真值，結果準確度越高；反之，不確定度越大，結果準確度越小[3]。對于高溫試驗，由于其試驗特殊性，本身并不直接報告數據結果，因此人們對其不確定度的關注度并不高。然而在高溫試驗過程中，試驗箱溫度值的偏差、均勻性和波動度等都會影響最終測試結果，進而影響產品的性能的判定。因此對高溫試驗的不確定度進行分析評定是十分必要的。

本文就近期參加的高溫試驗的能力驗證計劃，對此次高溫試驗的不確定度進行分析和評定，列出了具體的不確定度計算過程，供相關實驗室做參考使用。

1 本次高溫試驗能力驗證的基本要求

1.1 試驗樣品

試驗樣品為自帶顯示屏的溫度試驗盒，并且含有1個溫度探頭和1個電源插頭，溫度探頭測試的溫度值可直接顯示于樣品上。

1.2 試驗方法

高溫試驗要求的方法為GB/T 2423.2-2008電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗B：高溫

1.3 試驗設備

由于試驗樣品體積要求較小，本次試驗選用的為容積為600 L，溫度量程范圍為-45～+180 ℃溫濕度試驗箱。

1.4 試驗程序

根據能力驗證提供者提供的作業指導書，首先將樣品放置于一定的溫度下預處理4 h，使樣品和環境達到熱平衡。然后，將溫度探頭放置于試驗箱測試區域的幾何中心位置，將試驗樣品放置與試驗箱外，再將試驗箱設定至指定溫度，待溫度達到指定值后，平衡至少30 min，記錄試驗盒上顯示值即可。此外需要注意的是，本次試驗要求在無負載條件下進行，試驗箱內部不得放置其他樣品或產品。

2 高溫試驗不確定度的分析和評定

通常不確定度評定的流程為：①找出有影響的不確定度來源；②建立數學模型；③評定輸入量的標準不確定度；④計算各不確定分量；⑤計算合成標準不確定度；⑥給出擴展不確定度。

2.1 高溫試驗不確定度的來源分析

對于不確定的分析，首先應掌握不確定度的來源,確定對數據結果有影響的因素。通常的不確定度來源有對被測量的定義不完善、對測量結果受環境影響的認識不周全、對儀器設備的讀數存在人為偏移、設備的分辨力或鑒別力不夠測量標準或標準物質具有不確定度以及在表面上看來完全相同的條件下，被測量重復觀測值的變化等。

從影響高溫能力驗證試驗結果的因素來考慮，引入不確定度的主要來源有人員（測量重復性、讀數延時）、設備（溫度試驗箱的技術指標）、測試環境（環境溫濕度影響）及電源電壓波動等。其中，為確保順利通過能力驗證，測試人員選擇經驗豐富，可熟練操作設備的人員，且由于樣品溫度直接顯示，人員對讀數的影響較小，可忽略。試驗時將樣品置于試驗箱外，溫度探頭在溫濕度試驗箱內，測試環境對試驗結果的影響也可忽略。在能力驗證試驗時選用的電源為穩壓源，影響較小[4]。因此，最終確定的不確定度來源主要為人員測量重復性、溫濕箱的偏差、波動度、均勻性、校準結果。

2.2 數學模型

高溫試驗為直接測量，數學模型為tx=tn

式中：

tx—被測樣品的實際溫度值（℃）；

tn—試驗盒上顯示的溫度值（℃）。

2.3 標準不確定度的分析和評定

按照對不確定來源評定方法的不同，一般將不確定度分為A類不確定度和B類不確定度。A類不確定度通常為用對觀測列進行統計分析的方法進行評定的標準不確定度，相應于傳統的隨機誤差。B類不確定度不同于A類不確定度，是用非統計方法評定的標準不確定度，一般包括以往的測量數據、設備的說明書、對于儀器設備特性的經驗、校準證書提供的數據等。由此，可對高溫試驗不確定度的來源進行分類，除人員測量重復性引入的不確定度屬于A類不確定度外，其他來源例如制造廠家的技術說明書、校準證書提供的數據等引入的不確定度均為B類不確定度。

2.4 各不確定分量的具體計算

2.4.1 人員測量重復性

由前述內容可知，測量重復性引入的標準不確定度屬于A類不確定度，服從正態分布。但需要注意的是，在試驗過程中，需由同一人員、選擇同一設備、在相同的環境條件下、對同一穩定樣品進行重復測試。本次高溫試驗共重復測量6次，測試數據見表1。

利用貝塞爾公式，計算試驗標準偏差

計算得知，由重復測量引入的標準不確定度分量u1=0.110 ℃，自由度n-1=5。

2.4.2 溫濕箱的技術指標

表1 重復測量的溫度值

表2 其他標準不確定度分量

根據設備廠家提供的技術指標得知，溫濕箱的偏差為0.5 ℃；波動度為±0.1 ℃；溫度均勻度為±0.5 ℃；而校準證書顯示的擴展不確定度為0.3 ℃，k=2；這些來源均屬于B類不確定度。這些技術指標對應的標準不確定度分量見表2。

2.5 合成標準不確定度

將不確定度的所有若干分量來合成，即可得到總不確定度。由上述標準不確定度計算合成標準不確定度，計算結果為：

2.6 擴展不確定度

將合成不確定度uc乘以大于1的包含因子k，以給不確定度一個較高置信概率的置信區間，從而得到擴展不確定度。按照置信概率p=95 %，取k=2，計算得到的擴展不確定度為：

3 結束語

對于試驗結果的不確定度評定已日益引起人們的重視，但對試驗結果的測量不確定度評定是一個非常復雜的過程，我們在實際檢測過程中需要考慮到眾多影響試驗結果的因素，再去分析和確定相應的數值區間。本文以實驗室參與的高溫試驗能力驗證為例，對其不確定度進行了具體的評定和計算，僅供大家作參考，而由上述的評定結果可以看出，對于高溫試驗的能力驗證，我們更多需要考慮的是人員能力和設備的精度等因素，它們對不確定度的影響較大。此外，實驗室參加能力驗證是非常有效可靠的外部質控手段，通過參加能力驗證能夠確保檢測數據的準確有效，有助于監控實驗室能力水平，進而提升實驗室的檢測能力，鼓勵實驗室積極參與。