一種環境試驗箱期間核查方案設計及不確定度分析

王俊 蕊，李勝利，張文強，毛德強（中國電子科技集團公司第五十四研究所，石家莊 050081）

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一種環境試驗箱期間核查方案設計及不確定度分析

王俊 蕊，李勝利，張文強，毛德強
（中國電子科技集團公司第五十四研究所，石家莊 050081）

摘要：介紹一種環境試驗箱的期間核查方案：包括核查計劃的制定、核查的方法、核查數據處理和核查結果的評價，并對其中的測試系統進行不確定度評估。評估結果表明，這種方案滿足相關標準要求。

關鍵詞：環境試驗箱；期間核查；不確定度

引言

環境試驗箱是檢測實驗室常用設備，為保證檢測數據的準確可靠，需要定期對其檢定或校準，但由于環境試驗箱使用的頻率較高，且一般為連續工作，所以要對其進行期間核查，以保證檢定或校準狀態的持續可信。

本文根據期間核查的意義、必要性以及要遵循的原則，對檢測實驗室常用的環境試驗箱提出一種期間核查方案，包括核查計劃的制定、核查的方法、核查數據處理和核查結果的評價幾方面內容, 并對其中的測試系統進行了不確定度評估。

1 期間核查方案

對于期間核查方案的制定，要考慮儀器設備性能特性以及可能影響檢驗結果準確性和穩定性的因素，確定核查參數，編制相應的核查方法，確定核查操作步驟，核查數據的處理及結果是否滿足要求的判斷。最終確定是否持續符合本身的檢測工作的技術要求。核查頻率一般以在儀器的檢定或校準周期內進行一至兩次為宜，對于使用頻率比較高或易損壞的儀器，應增加核查的次數。

1.1核查計劃的制定

對于期間核查的時間的規定，應遵循如下原則：

1）按照年核查次數進行；

2）儀器設備導出數據異常時；

3）對設備的重要部位（指對設備性能有直接影響的部位），維修或更換后；

4）設備在安裝調試之后或啟封重新使用之前；

5）儀器設備經過運輸和搬遷。

1.2核查內容和偏差范圍規定

核查內容可以參照GB/T 5170.2-2008中所列檢驗項目，實驗室根據自身需要，選擇不同項目進行核查。這里選擇溫度偏差和溫度波動度兩個項目，也可以對溫度均勻性、溫度變化速率、溫度恢復時間、溫度指示誤差和溫度過沖量等項目進行核查。

對于偏差范圍的規定，各實驗室根據測試的產品和依據的標準而定。本方案中，規定溫度偏差和溫度波動度兩項測試項的要求分別為±1.5 ℃和2 ℃。

1）溫度偏差

2）溫度波動度

1.3檢驗條件

1）環境條件

溫度：15 ～35 ℃；

相對濕度：不大于85 %RH；

氣壓： 80 ～106 kPa；

設備周圍無強烈沖擊、振動、電磁場和腐蝕性氣體存在；

設備應避免陽光直射和其它冷熱源影響。

2）檢驗儀器

使用的測量系統其測量結果的擴展不確定度（K=2）不大于被測參數允許偏差的1/3，本方案中測試儀器選用溫度巡檢儀，型號為FLUKE 2638A。

3）檢驗負載

檢驗設備在空載條件下進行。

4）測量點數量及位置

根據試驗設備容積的大小，將工作空間分為上、中、下三層，中層通過工作空間幾何中心點。將一定數量的溫度傳感器布放在其中規定的位置上。測量點分別位于上、中、下三層，測量點O 為設備工作空間的幾何中心點，試驗設備容積小于或等于2 m3時，溫度測量點為9 個，試驗設備容積大于2 m3時，溫度測量點為15 個，布放位置和距離要求參照GB/T 5170.2-2008中相關規定。

1.4檢驗步驟

1）選擇檢驗的溫度標稱值

在試驗設備溫度可調范圍內，根據實驗室測試需要，選取GB/T 2423.1和GB/T 2423.2標準中規定的有代表性的溫度標稱值。這里選擇的低溫和高溫值如下：

低溫：-65 ℃，-55 ℃，-40 ℃，-25 ℃，-10 ℃，-5 ℃。

高溫：+30 ℃，+40 ℃，+55 ℃，+70 ℃，+85 ℃。

根據試驗和檢驗的需要，亦可選取其他溫度標稱值。

2）按規定位置安裝溫度測量傳感器，把試驗設備的溫度控制器調節到所要求的標稱溫度上。

3）使試驗設備降溫或升溫，自設備進入控溫狀態后穩定30 min，開始記錄各測量點的溫度和設備指示溫度，每隔3 min 記錄一次，在30 min 內共記錄10 次。

1.5核查數據處理

將測試得到數據按照核查內容中規定的測試項目的計算方法進行計算，在本方案中計算得到溫度偏差和溫度波動度。若二者均在規定偏差范圍之內，則判斷設備正常，否則判定設備故障。

1.6核查結果評價

當試驗設備的個別測量點的檢驗結果不能滿足技術指標的要求時，允許適當縮小試驗設備的工作空間或檢驗參數范圍，在縮小后的工作空間或相應的參數范圍內，應滿足全部技術指標要求，檢驗結果為限用，同時注明限用范圍。期間檢查中發現設備運行有問題時，應停用報修。

2 不確定度分析

對測量不確定度的分析通常采用GUM法。測量不確定度包括以統計方法評估的A類不確定度和用非統計方法評估的B類不確定度。對于本系統的測試，影響測量不確定度的因素主要有：測量數據的分散性、測量儀器的系統偏差和測量儀器的示值偏差幾個方面。其中測量數據的分散性屬于A類不確定度，其余幾個因素為B類不確定度。

按照本期間核查方案的設計，需要對溫度偏差和溫度波動度兩個測試項目分別在不同的標稱溫度下測試，評估其測量不確定度。為方便描述，本文僅對溫度偏差測試項目在標稱溫度為40 ℃時的不確定度進行評估，其它情況的評估方法與此完全相同，不再具體描述。

2.1標準不確定度評定

1）測量重復性引入的測量不確定度分量u1（T）

該不確定度分量主要源于溫度巡檢儀的測量重復性，采用A類方法進行評定，需要進行多次測量，表1給出在標稱溫度為40 ℃時，溫度上偏差的測量數值。

測量的標準差S為：

因此不確定度分量u1（T）為：

2）溫度巡檢儀精度引入的測量不確定度分量u2（T）

該不確定度分量主要源于溫度巡檢儀的精度，采用B類方法進行評定。溫度巡檢儀測量精度為0.62 ℃，取半寬區間，并以均勻分布估計。

3）溫度巡檢儀分辨力引入的測量不確定度分量u3（T）

該不確定度分量主要源于溫度巡檢儀的最小分辨力誤差，采用B類方法進行評定。本次測試使用的溫度巡檢儀是數顯測試儀表，其最小分辨力為0.01 ℃，取半寬區間，并以均勻分布估計，則：

表1　測量數值

2.2合成標準不確定度

以上不確定度分量彼此獨立，互不相關，因此合成標準不確定度uc為：

2.3擴展不確定度

對于檢測實驗室，取k=2，于是擴展不確定度為：

2.4其他標稱溫度下不確定度的評估

按照上述對不確定度的評估方法，對溫度偏差和溫度波動度兩個測試項目分別在不同的標稱溫度下測試，評估其測量不確定度，其數值均小于0.42 ℃。

3 結論

本方案規定，對溫度偏差和溫度波動度兩項測試項的要求分別為±1.5 ℃和2 ℃。根據GB/T 5170.1-2008中規定對檢驗儀器的要求，使用的測量系統其測量結果的擴展不確定度（K=2）不大于被測參數允許偏差的1/3，所以測量系統的擴展不確定度應不大于±0.5 ℃和0.67 ℃。而對溫度偏差和溫度波動度兩個測試項目分別在不同的標稱溫度下評估其測量不確定度，其最大為值0.42 ℃，所以本測試方案滿足標準規定的要求。

本文提出的期間核查方案和不確定度評估的方法，也適用于其它環境試驗設備和相關儀器。

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[5] 王俊蕊,劉杰,陳錕. 載波振幅變化測量方法及不確定度分析[J]. 無線電通信技術, 2015,41 (6)：72-75.

中圖分類號：TH89

文獻標識碼：B

文章編號：1004-7204（2016）02-0031-04

作者簡介:

王俊蕊 女，(1974-)，中國電子科技集團公司第54研究所，高級工程師。主要研究方向：信號分析和數字解調，通信導航領域的檢測認證。

A Design of Intermediate Checks Method for Environmental Test Chamber and Uncertainty Evaluation

WANG Jun-rui, LI Sheng-li, ZHANG Wen-qiang, MAO De-qiang
(The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang, Hebei 050081)

Abstract：This paper introduces a method of intermediate checks for environmental test chamber including check plan and method development, check data processing, and check result evaluation. And it gives uncertainty evaluation for the test system. The result shows that the method of intermediate checks meets with the requirements of relevant standards.

Key words：environmental test chamber; intermediate checks; uncertainty evaluation