整車研發(fā)實驗室設備計量確認及溯源

凌培才 吳艷凱

1. 上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西 柳州 545007

2. 湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司柳州分公司 廣西 柳州 545007

引言

對于以服務整車研發(fā)為目的整車研發(fā)實驗室，實驗設備管理與常規(guī)生產(chǎn)類設備管理有很大區(qū)別，除了共同關注的運行效率、安全、質量之外，更要注重的是檢測結果準確性控制。而準確性的控制最直接的手段就是通過有資質的第三方檢定/校準從而完成整條計量溯源的不間斷比較鏈。對于強制檢定的計量器具或計量標準，應該嚴格執(zhí)行國家在檢定規(guī)程或相關的技術法規(guī)，這類設備我們這里不做擴展討論。對于國家強制檢定目錄內以外的設備，實驗室選擇校準作為主要溯源手段更為合理，這一類設備占比整車研發(fā)實驗室設備種類的90%以上，這里我們針對如何確保這類設備的準確性及有效溯源性進行討論[1]。

1 檢定/校準

凡是作為測量結果，或直接影響測量結果，或出具報告的參數(shù)，其計量設備必須進行校準。計量設備只有經(jīng)校準或檢定，證實其能滿足相應的標準或規(guī)范要求后投入使用才能保障數(shù)據(jù)準確及有效，在下列情況下，儀器設備應進行檢定/校準：

1.1 當測量準確度或測量不確定度影響報告結果的有效性時

1.2 為建立報告結果的計量溯源性的儀器設備

實驗室根據(jù)儀器設備名稱、編號、測量范圍、最大允差、溯源方式、檢定周期、檢定有效期(需校準的參數(shù)測量范圍準確度或測量不確定度要求，校準周期)等制定檢定/校準方案。對于校準周期的要求，實驗室依據(jù)儀器設備的使用情況（重要性、使用頻率、環(huán)境條件惡劣程度）、使用者、儀器設備本身的質量等諸因素制定這一類計量器具的校準周期。

2 計量確認

在使用過程中，檢定證書與校準證書最大區(qū)別在于：檢定證書會判斷該設備是否滿足國家的檢定規(guī)程或相關的技術法規(guī)，而校準證書一般不對設備合格與否進行結論判定，只會給出校準結果及不確定度等關鍵數(shù)據(jù)，實驗室的技術人員結合儀器設備的特點、使用狀況、質量控制情況、工作類型等實際情況進行確認記錄計量確認結果[2]。

以電力測功機的計量確認為例，解析如何完成計量確認，設備出廠參數(shù)：量程為（0～500）N.m；最大允差±0.2%FS；

環(huán)境溫度22℃；相對濕度：55%RH，送往第三方校準，最終的校準證書結果為：

表1 電力測功機扭矩校準數(shù)據(jù)

計量確認評判標準： GB/T18297-2001《發(fā)動機性能實驗方法》中對于發(fā)動機扭力值的測量要求為：不超過所測發(fā)動機最大扭矩值的±1%；設定所測發(fā)動機的最大扭力值為200N.m那該測試最大允許誤差為：

遵循測設備的準確度應該高于實驗要求的3倍以上的要求，該測功機的最大允許誤差為：

可以計算出校準證書上對于每個校準點試制誤差，本次校準證書記錄了進回程兩次示值，故需要對除零點外共20個點計算最終取最大示值誤差為0.2N.m。所以：

該設備本次的校準結果滿足GB/T18297-2001《發(fā)動機性能實驗方法》中對于發(fā)動機扭力值的驗證要求[3]。

3 計量溯源

國家計量部門通過正式公布的“計量器具檢定系統(tǒng)框圖”要求將測量結果鏈接到國際基準或公認標準。企業(yè)以整車研發(fā)驗證為目的內部實驗室，雖然面對的都是內部客戶，大部分不直接涉及法律及法規(guī)。但是最終的產(chǎn)品是要通過國家的技術法規(guī)驗證部門驗證合格后才能投產(chǎn)及銷售的，所以開發(fā)驗證階段的檢測設備具備計量溯源性，是整車研發(fā)性實驗室必須具備的能力。

實驗方法可以是GB/T18297-2001《發(fā)動機性能實驗方法》的國家頒布的實驗方法，也可以是地方性或者是行業(yè)規(guī)范，也可以是企業(yè)內部的嚴正要求。根據(jù)“計量器具檢定系統(tǒng)框圖”的要求，計量溯源圖應包含上一級計量標準、計量器具及被測對象要求三大部分。每一部分，無論是計量器具，還是計量標準或相關測量要求，必須給出測量范圍以及準確度信息（最大允許誤差/擴展不確定度/準確度等級）。上一級計量標準所在機構應能保證其溯源性，并在證書上明確聲明。故上一級計量標準本檢測中心可以省略不繪制[4]。同樣以上面計量確認的說明的電力測功機作為例子：

第一步，實驗室要明確，該實驗設備的目的是用于發(fā)動機研發(fā)階段的性能測試的扭矩測試，滿足GB/T18297-2001《發(fā)動機性能實驗方法》上的實驗需求。根據(jù)上面計量確認結果，實驗室所要檢測的發(fā)動機扭矩值最大允許誤差為±0.63N.m，這個是我們的被測對象要求。

第二步，發(fā)動機扭矩值是通過電力測功機設備測量得到的，測功機的設計的基本參數(shù)為：

扭矩測量范圍：(-500～500) N·m，扭矩最大允差：±0.2%FS，但是這些參數(shù)是作為設備出廠時的基本參數(shù)，實驗室在拿到設備后，需要將設備送往第三方計量機構進行校準后，才能最終得到最接近真值的設備參數(shù)，經(jīng)過上面的計算，這臺設備的最大扭矩試制誤差為0.2N.m。這個是我們的計量器具。

第三步，但是測功機的扭矩是否滿足使工作要求，實驗室時通過送第三方檢定機構進行校準確認的，但是知道，測功機的扭矩是不能直接測量出來了，只能通過標定桿及砝碼的靜態(tài)標定并通過扭矩計算公式：

得出結論，其中m為砝碼重量，a為當?shù)氐闹亓铀俣龋琇為標定桿的長度，也就是力臂。在這里這里又引入了標定桿及砝碼兩個計量機構的標準器具，在證書上我們看到標定桿的長度為：1019.7mm不確定度U=0.05mm， k=2，標準砝碼的質量為5kg 10kg 20kg準確度等級：M1級。將這些信息標識在我們的計量溯源圖上面，這樣實驗室完成了該設備這次的計量溯源工作，在有效的校準日期內，使用該測功機檢測的數(shù)據(jù)也具備了溯源性[5]。

通過以上的檢定校準，計量確認，計量溯源等技術管理手段，從根本上解決了整車研發(fā)實驗室數(shù)據(jù)準確性和溯源性的基本訴求。