金屬導(dǎo)體直流電阻率的能力驗證分析

黎 陽

（上海電纜研究所，上海200093）

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金屬導(dǎo)體直流電阻率的能力驗證分析

黎 陽

（上海電纜研究所，上海200093）

摘要：為提高實驗室的測試能力以及在行業(yè)內(nèi)的影響力，EMTC組織行業(yè)內(nèi)28家檢測機構(gòu)進(jìn)行了金屬導(dǎo)體的直流電阻率測試能力驗證活動。主要介紹了此次能力驗證的方案設(shè)計內(nèi)容、誤差數(shù)據(jù)分布和各參比實驗室反

饋數(shù)據(jù)的比對結(jié)果，同時還分析了部分參比實驗室產(chǎn)生不滿意結(jié)果的原因。

關(guān)鍵詞：能力驗證；電阻率；誤差數(shù)據(jù)分布

0 引 言

通過能力驗證能夠考察各實驗室測量結(jié)果的一致程度，同時可以考察實驗室檢測數(shù)據(jù)的可靠程度，檢查各檢測機構(gòu)的檢測準(zhǔn)確度是否保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；也能夠考察各實驗室檢測人員的技術(shù)水平和數(shù)據(jù)處理能力，從而發(fā)現(xiàn)問題，積累經(jīng)驗，以提高各檢測機構(gòu)的測量能力，確保檢測數(shù)據(jù)正確、可靠、一致[1］。

本次能力驗證計劃由中國電器工業(yè)協(xié)會電線電纜分會（ECWB）組織開展，由上海電纜研究所電工材料及特種線纜質(zhì)檢中心（EMTC）負(fù)責(zé)起草并批準(zhǔn)發(fā)布，EMTC主導(dǎo)實施并負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。全國各地區(qū)共28家檢測實驗室成為本次能力驗證活動的參比實驗室，其中獲中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）認(rèn)可的實驗室有8家。

1 比對實施

本次能力驗證依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3048.2—2007《電線電纜電性能試驗方法 第2部分：金屬材料電阻率試驗》。按照標(biāo)準(zhǔn)中6.1.3條規(guī)定，導(dǎo)體材料20℃時的直流電阻率與指定值的相對偏差應(yīng)在±0.65%以內(nèi)。而指定值則由實施機構(gòu)EMTC根據(jù)均勻性檢驗的數(shù)據(jù)來確定。

金屬導(dǎo)體的直流電阻率是判斷導(dǎo)電材料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是判斷材料價格的重要依據(jù)[2］。較小的直流電阻率可以減少導(dǎo)體的發(fā)熱損耗，既節(jié)約了能源又保障了線路的安全運行。因此準(zhǔn)確測定導(dǎo)體的直流電阻率對電線電纜的安全使用有著重要的實際意義。

本次能力驗證比對項目為導(dǎo)體材料20℃時的直流電阻率，測試的方法為電橋法。檢測試樣選用的是電工硬圓銅線（φ=0.91 mm），其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3953—2009《電工圓銅線》。

2 測量結(jié)果分析

EMTC對每根樣品均按GB/T 3048.2—2007進(jìn)行直流電阻率測試并計算平均值，從255根試樣段中挑選出與平均值偏差≤±0.10%，且外觀無明顯瑕疵的84根作為本次能力驗證計劃的樣品。將選出的樣品按直流電阻率測試結(jié)果從小到大的順序進(jìn)行編號，分別從前1/3編號、中間1/3編號和后1/3編號的樣品段中各隨機挑選一個樣品段（共三個樣品段）組成一組樣品，共分成28組樣品，隨機發(fā)放給28家參比實驗室。

對銅導(dǎo)體的電阻率測量不確定度影響較大的因素包括[3］：導(dǎo)體電阻測量示值、導(dǎo)體直徑測量示值、環(huán)境溫度測量示值等，其中直徑測量示值的影響最大，而試樣標(biāo)距長度示值、電阻溫度系數(shù)和π的舍入誤差的影響可忽略不計。因此，EMTC在測量時使用了數(shù)字顯示千分尺，并采用5次測量取平均值的方法。計算得到EMTC提供的指定值的不確定度為0.13%。

2.1 穩(wěn)定性測試

（1）環(huán)境溫度對試樣的影響

28家參比實驗室遍布全國各地，樣品在運輸至參比實驗室的過程中，有可能會處于環(huán)境溫度高于恒溫室溫度的環(huán)境中。因此，EMTC在樣品發(fā)放之前，先檢測一下試樣的穩(wěn)定性。首先，從符合均勻性要求的84根樣品中任選5根樣品，在35℃的恒溫水槽中放置120 h，測試放置前后的直流電阻率，并計算其變化率，結(jié)果見表1。

表1　環(huán)境溫度35℃對試樣直流電阻率的影響

對表1中的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，35℃放置120 h后最大變化率為-0.06%，小于最大允許偏差控制量±0.1%，滿足穩(wěn)定性要求。

（2）放置時間對試樣的影響

從符合均勻性要求的84根樣品中任選7根樣品，分別測試樣品在室溫下放置20天后的直流電阻率，并計算變化率，結(jié)果見表2。

表2　放置時間（20天）對試樣直流電阻率的影響

7根試樣在室溫下放置20天后，其直流電阻率的最大變化率為0.08%，小于最大允許偏差控制量±0.1%，可認(rèn)為在本次能力驗證計劃中，試樣在3周之內(nèi)其直流電阻率是穩(wěn)定的。

2.2 測量數(shù)據(jù)分布

對均勻性符合要求的84根試樣逐個進(jìn)行重復(fù)性測量，并計算得出每一個試樣與整體平均值的測量誤差值。將所有的誤差值數(shù)據(jù)用直方圖進(jìn)行檢驗，并畫出概率密度曲線，見圖1所示。概率密度曲線的計算公式如下：

式中：x為測量誤差；σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差；m為誤差平均值。

通過圖1中的直方圖部分可以直觀地判別出測量數(shù)據(jù)的分布類型基本服從正態(tài)分布。因此，可以下結(jié)論：對電阻率的測量，其誤差具有隨機性特性，測量過程是可預(yù)測的（預(yù)測性），符合統(tǒng)計控制規(guī)律[4］。

2.3 比對結(jié)果

表3列出了本次能力驗證參比實驗室測試結(jié)果與指定值的相對偏差。

圖1　直流電阻率測量誤差數(shù)據(jù)分布圖

表3　參比實驗室檢測偏差結(jié)果

本次能力驗證以參比實驗室提交的三個試樣測試結(jié)果的平均值作為最終的結(jié)果。根據(jù)GB/T 3048.2—2007中的6.1.3條規(guī)定，其與指定值的相對偏差應(yīng)該在±0.65%以內(nèi)。根據(jù)表3所示的結(jié)果，28家參比實驗室中有5家提供了不滿意結(jié)果，其余均為滿意結(jié)果。

仔細(xì)核對參比實驗室提供的原始數(shù)據(jù)之后發(fā)現(xiàn)，提供不滿意結(jié)果的5個實驗室大都是由于數(shù)據(jù)計算錯誤導(dǎo)致了結(jié)果偏差較大。由此可見，測試人員的能力會對測試結(jié)果產(chǎn)生決定性影響。

另外，如果試驗環(huán)境未能控制在（20±5）℃范圍內(nèi)，那么電阻溫度系數(shù)α20=0.00377℃-1的取值將不再適用，也能導(dǎo)致測試結(jié)果有偏差。其他情況，比如測試時試樣未能被拉直、線徑的測量、玻璃溫度計讀數(shù)不準(zhǔn)等因素均能導(dǎo)致結(jié)果有一定的偏差。

3 能力驗證的意義

能力驗證活動是一項技術(shù)性很強的工作[5］，EMTC在方案設(shè)計、前期對樣品及方法的研究、樣品傳遞設(shè)計、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等環(huán)節(jié)都做了十分認(rèn)真的準(zhǔn)備，通過大量的實際工作，及時發(fā)現(xiàn)了工作中存在的一些問題并采取了相關(guān)措施予以改進(jìn)，從而提高了實驗室的檢測能力和管理水平。

近年來隨著國內(nèi)電線電纜企業(yè)的海外業(yè)務(wù)不斷提升，EMTC作為CNAS認(rèn)證的實驗室，尤其在架空導(dǎo)線型式試驗資質(zhì)上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，經(jīng)常要為電線電纜企業(yè)提供海外市場所需的檢測報告，目前已在中東和東南亞等地的檢測市場上具有一定的知名度。為了進(jìn)一步擴(kuò)展實驗室的海外業(yè)務(wù)，EMTC還需不斷提高實驗室能力和在國外的影響力和競爭力。

根據(jù)目前的海外市場來看，國外檢測訂單大都依據(jù)ASTM、EN、IEC等國際標(biāo)準(zhǔn)，因此，EMTC還應(yīng)積極參加國外權(quán)威機構(gòu)組織的能力驗證項目，比如ASTM實驗室每年有很多的能力驗證項目，其中就包括金屬材料分析及機械性能檢測等。EMTC應(yīng)主動跟蹤國際權(quán)威機構(gòu)組織的實驗室能力驗證活動信息，積極參與，通過能力驗證有效提高實驗室在海外的影響力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李彥群，崔巖.測量用互感器檢測能力驗證及比對結(jié)果分析[J］.技術(shù)應(yīng)用，2013（7）：89-91.

[2] 夏凱榮.金屬導(dǎo)體材料電阻率的仲裁試驗[J］.電線電纜，2001（6）：37-38.

[3] 魯修軍，李國琛.銅導(dǎo)體的電阻率測量不確定度評定[J］.中國計量，2012（6）：83-85.

[4] 李彥群，李艾艾，白宇峰.電能實驗室能力驗證的分析與研究[J］.研究與分析，2008，36（10）：25-28.

[5] 郭德華.有效開展實驗室能力驗證的對策思考[J］.現(xiàn)代測量與實驗室管理，2011（1）：40-42.

作者地址：上海市軍工路1000號[200093］.

中圖分類號：TM206

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-6901（2016）04-0038-03

收稿日期：2015-11-13

作者簡介：黎 陽（1979-），女，工程師.

Analysis on Proficiency Testing of the DC Resistivity of Metallic Conductors

LIYang
（Shanghai Electric Cable Research Institute，Shanghai200093，China）

Abstract：To improve the test ability and impact on the industry，EMTC organized a proficiency testing of DC resistivity，which attracted 28 testing labs.The data distribution and contrast results are analyzed.The reason of unsatisfied results is given.

Key words：proficiency testing；resistivity；data distribution