低溫高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果及不確定度分析

關(guān) 羽，王大兵

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所，連云港 222006）

低溫高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證結(jié)果及不確定度分析

關(guān) 羽，王大兵

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所，連云港 222006）

基于環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證低溫與高溫試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)計(jì)劃，結(jié)合了參與實(shí)驗(yàn)室自身試驗(yàn)檢測條件，提出了相符合的實(shí)施方案。分析了試驗(yàn)過程中誤差來源，并對測試結(jié)果的測量不確定度進(jìn)行評定。能力驗(yàn)證評定達(dá)到了滿意的結(jié)果，并為進(jìn)一步提高試驗(yàn)檢測準(zhǔn)確性提供了一種分析途徑。

能力驗(yàn)證；環(huán)境試驗(yàn)；不確定度分析

引言

環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用的基礎(chǔ)技術(shù)，是驗(yàn)證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)措施之一。其主要涉及研究產(chǎn)品所處的各種環(huán)境條件、針對產(chǎn)品所處的特殊環(huán)境研究相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)，以及研究和制訂環(huán)境試驗(yàn)方法以鑒別產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)能力等領(lǐng)域。其中低溫高溫試驗(yàn)是環(huán)境試驗(yàn)的重要組成部分，在GJB 150、GB 2423等標(biāo)準(zhǔn)中涉及了大量的低溫、高溫試驗(yàn)方法和試驗(yàn)要求，同時(shí)對低溫、高溫等試驗(yàn)的準(zhǔn)確度做出了明確的要求。為了保證施加的溫度應(yīng)力滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，筆者中心于近期分別參加了低溫試驗(yàn)和高溫試驗(yàn)兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的能力驗(yàn)證。均取得了滿意的結(jié)果。現(xiàn)就本中心參加低、高溫能力驗(yàn)證其不確定度分析等方面的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不當(dāng)之處，敬請指教。

1 測試要求

低溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法依據(jù)GB/T 2423.1-2008:電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第二部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)B：低溫（等同采用IEC 60068-2-1:Environmental testing: Part 2-1:Tests-Tests A:Cold）。高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法依據(jù)GB/T 2423.2-2008:電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第二部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)B：高溫（等同采用IEC 60068-2-2:2007 Environmental testing: Part 2-2:Tests-Test B Dry heat）。根據(jù)能力驗(yàn)證提供者提供的作業(yè)指導(dǎo)書要求按圖1所示路線完成樣品連線及布置。

圖1 溫度試驗(yàn)樣品連接關(guān)系

受試樣品（低、高溫試驗(yàn)盒）放置在試驗(yàn)箱外，只將傳感器探頭放入在試驗(yàn)箱工作區(qū)域。接通電源，啟動(dòng)試驗(yàn)箱從常溫降溫或升溫，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，以及起始時(shí)溫箱溫度和指示燈熄滅瞬間溫度試驗(yàn)盒的動(dòng)作溫度。

2 實(shí)施方法

2.1 試驗(yàn)箱選擇

一方面考慮到試驗(yàn)樣品的體積，為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要依據(jù)“樣品的體積不大于試驗(yàn)箱體積的20～30 %的比例”原則；另一方面考慮到能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)的精確性，采用溫度精確度小于1 ℃能夠更準(zhǔn)確的測量樣品對應(yīng)時(shí)刻的溫度值；再次，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取的試驗(yàn)箱風(fēng)速應(yīng)為小于1.5 m/s，為了更加準(zhǔn)確的模擬自然環(huán)境，如溫度為風(fēng)速可調(diào)設(shè)備，應(yīng)盡可能的降低風(fēng)速。

結(jié)合以上條件以及本中心現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備，本次低溫、高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證選用無錫科隆的高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱。試驗(yàn)箱容積150 L，量程范圍-40～+150 ℃，設(shè)備顯示精度0.01 ℃，傳感器類型為鉑電阻型。校準(zhǔn)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)參考JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、適度校準(zhǔn)規(guī)范》

2.2 停止溫度盲測

由于試驗(yàn)盒指示燈熄滅溫度未知，需對試驗(yàn)盒進(jìn)行盲測。設(shè)置降溫或升溫速率，先使用較大的溫度變化速率對其進(jìn)行盲測，劃定低溫與高溫試驗(yàn)指示燈熄滅的溫度范圍。再根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書的要求或?qū)嶋H標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定相應(yīng)的溫度變化速率。本次試驗(yàn)中高溫試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書明確指定溫度變化率為1 ℃/min，低溫試驗(yàn)中未指定，依據(jù)低溫試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)降溫速率選擇1 ℃/min。

2.3 樣品放置位置設(shè)定

為最大限度保證能力驗(yàn)證的可靠性和有效性，從貼近日常實(shí)際試驗(yàn)角度出發(fā)，本次低溫、高溫試驗(yàn)均將試驗(yàn)盒的傳感器置于溫箱測試區(qū)域的幾何中心。原因主要是：第一，試驗(yàn)箱顯示溫度為出風(fēng)口溫度，理論上受試樣品的傳感器探頭與試驗(yàn)箱傳感器放置在同一位置，則試驗(yàn)箱顯示的溫度更能精確的反映出受試樣品的感應(yīng)溫度，但與實(shí)際日常試驗(yàn)被測產(chǎn)品擺放位置不符。第二，則結(jié)合選用的試驗(yàn)箱計(jì)量較準(zhǔn)溫度均勻度分布情況，選取溫度波動(dòng)度最小的點(diǎn)放置傳感器為宜，此時(shí)均勻度引入實(shí) 驗(yàn)誤差不可忽略，且叫貼近實(shí)際使用情況，因此溫度傳感器選擇放置在溫箱的幾何中心。

3 溫度測量不確定度的判定

3.1 不確定度來源分析

試驗(yàn)結(jié)果的最終表達(dá)形式為溫箱在被試樣品指示燈熄滅時(shí)的讀數(shù)，為了科學(xué)起見選擇三次試驗(yàn)讀數(shù)的平均值，如式（1），其中ti為每次測量讀數(shù)。

影響溫度測量結(jié)果不確定度主要來源有兩大類：讀數(shù)和重復(fù)測量引入的誤差（A類不確定度）。對于溫度試驗(yàn)箱自身構(gòu)造設(shè)計(jì)引入的誤差（B類不確定度），從其設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)以及說明書分析，主要有溫箱顯示模塊讀數(shù)的分辨率和溫箱內(nèi)溫度的均勻性。低溫試驗(yàn)與高溫試驗(yàn)過程均為溫度變化過程，故在單位時(shí)間內(nèi)不存在恒定溫度運(yùn)行階段，因此測量誤差中溫度波動(dòng)度影響較小。

3.2 不確定度評定的實(shí)施

根據(jù)能力驗(yàn)證作業(yè)指導(dǎo)書中的要求，不使用其他輔助溫度測量設(shè)備測試溫度，測量結(jié)果直接讀取自溫度試驗(yàn)箱上，故測量模型符合y=x。

1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

對于讀數(shù)引入的誤差，每次測試讀數(shù)相互獨(dú)立，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度表達(dá)如式（2）：

其中s(t)為十次測試讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，作為設(shè)備系統(tǒng)的參考量保留，本次低溫高溫試驗(yàn)讀數(shù)各3次，故分母取

2）溫度試驗(yàn)箱構(gòu)造引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)無錫科隆高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱的技術(shù)指標(biāo)提供的數(shù)據(jù)，溫箱顯示模塊分辨率0.01 ℃，溫度均勻度±2 ℃。假設(shè)服從均勻分布k=用B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度表達(dá)。即，

溫箱顯示最小分辨率引入的不確定度：

溫箱均勻度引入的不確定度：

3）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量相互獨(dú)立不相關(guān)，所以在計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC時(shí)不引入?yún)f(xié)方差函數(shù)γ，如式（3）：

由此看出在試驗(yàn)箱技術(shù)參數(shù)中溫度均勻度對不確定度數(shù)值影響遠(yuǎn)大于分辨率。為減少誤差可以根據(jù)校準(zhǔn)計(jì)量證書相應(yīng)溫度范圍提供的計(jì)量結(jié)果，選取適當(dāng)?shù)木鶆蚨扔?jì)量值評定不確定度，但同時(shí)會(huì)引入計(jì)量證書的擴(kuò)展不確定度。由于本次試驗(yàn)未按照此方法評定，故不做進(jìn)一步討論。

4）擴(kuò)展不確定度

根據(jù)慣例取包含概率P=95 %，k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

4 總結(jié)

根據(jù)能力驗(yàn)證結(jié)果報(bào)告，本次能力驗(yàn)證計(jì)劃系統(tǒng)分析采用穩(wěn)健（Robust）技術(shù)處理，穩(wěn)健平均值和穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算及意義參考ISO 13528《利用實(shí)驗(yàn)室間比對進(jìn)行能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法》。涉及的相關(guān)統(tǒng)計(jì)量參考CNAS GL02 《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南》。筆者中心此次能力驗(yàn)證活動(dòng)低溫與高溫試驗(yàn)的Z比分絕對值均小于2，且取得了滿意的結(jié)果，并有逐年降低的趨勢。本文對中心開展能力驗(yàn)證活動(dòng)進(jìn)行了一些經(jīng)驗(yàn)和作法進(jìn)行總結(jié)和探討，如有不當(dāng)歡迎指正。

[1] GB/T 2423, 1-2008:電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)[S].

[2] GJB 150-1986,軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法[S].

[3] GJB 150A-2009,軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法[S].

[4] 孫玉玉,陸彬彬,等.基于應(yīng)力調(diào)查分析的環(huán)境應(yīng)力篩選優(yōu)化方法[J].環(huán)境技術(shù), 2011,34（3）.

[5] 張進(jìn)京.能力驗(yàn)證不滿意結(jié)果原因分析方法研究[J].中國認(rèn)證認(rèn)可, 2011(1):58-59.

Proficiency Testing and Uncertainty Analysis of Cold and Dry Heat Testing

GUAN Yu, WANG Da-bing
(The 716th Institute of CSIS, Lianyungang 222006)

Based on the environmental proficiency testing, cold and dry heat testing standards and guidance book, this paper puts forward the implementation plan according to the conditions of participating laboratory. The error sources in the process of test and evaluation of the uncertainty have been analyzed. It finally gets satisfactory results of the proficiency testing, and also provides an approach to improve the accuracy of the test.

proficiency testing; environmental testing; uncertainty analysis

TB9

A

1004-7204（2017）05-0010-03

關(guān)羽（1988-），男，江蘇連云港，碩士，主要從事微波天線和電子產(chǎn)品環(huán)境可靠性研究工作。