電工電子產品高、低溫試驗能力驗證測試關鍵點分析

蘇淑華，朱珈，張宗取

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗證與現場評審作為中國合格評定國家認可委員會（英文縮寫：CNAS）對合格評定機構能力進行評價的兩種主要方式[1]，其重要性顯而易見。能力驗證的目的是評價實驗室從事特定檢測或測量的能力，監視實驗室的持續能力。

能力驗證旨在通過試驗的再現性和可比性，識別實驗室間的差異、存在的問題，使其質量控制得到有效的保障。高、低溫試驗是確保產品的環境適應性和使用可靠性的重要手段。因此，進行高、低溫試驗能力驗證對實驗室試驗質量控制非常必要。

1 高、低溫試驗能力驗證依據標準與試驗方法選擇

1.1 依據標準

高、低溫試驗能力驗證依據標準分別為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》和GB/T 2423.1-2008《電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法 試驗A：低溫》。

1.2 試驗方法的選擇

高、低溫試驗能力驗證樣品為非散熱高、低溫試驗測試盒，試驗方法分別采用試驗Bb：非散熱試驗樣品溫度漸變的高溫試驗及試驗Ab：非散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗。

2 項目考核的關鍵點

高、低溫試驗能力驗證作為電氣領域能力驗證開發較早的成熟項目，從人員對標準的理解、測試方法的掌握、設備的使用以及設備的校準等方面進行綜合考核。

2.1 測試方法

1）按圖1所示的線路連接樣品，試驗供電電源：220 V±5 %，～50 Hz±1 %；

圖1 線路連接圖

2）樣品放置在試驗箱外，將樣品感溫探頭放入試驗箱中，進入試驗箱的毛細管長度大于700 mm，且毛細管不能被覆蓋；

3）接通電路，開啟試驗箱，從常溫開始升溫或降溫，觀察指示燈狀態，至指示燈熄滅，記錄試驗起始和結束時間、試驗起始溫度和指示燈熄滅瞬間樣品的動作溫度。

2.2 人員因素

人員是能力驗證活動的關鍵，人員的技術能力水平是測試數據準確性的重要因素。實驗室需要選用具備相關能力要求的人員，并對授權人員進行監控，以確保人員能力的持續滿足。

1）標準的理解：對GB/T 2423.2和GB/T 2423.1標準條款的充分理解，比如：標準5.1總則“試驗箱內的溫度變化速率不應超過 1 K/min（不超過5 min時間的平均值）[2,3]?！?/p>

2）設備的選用：參加能力驗證需要選用精度比較高的試驗設備，對于高、低溫試驗能力驗證，選用各個校準溫度點的溫度偏差、溫度均勻度、溫度波動度小的試驗箱，測試結果準確性更加有保障。

3）設備的操作：測試人員應掌握試驗設備工作原理，并能熟練地操作設備，正確布置樣品及感溫探頭在試驗箱的位置，并及時讀取測試數據，避免讀數延時影響測試結果的準確度。

2.3 溫變速率

GB/T 2423.2和GB/T 2423.1標準5.1條款的要求：試驗箱內的溫度變化速率不應超過1 K/min（不超過5 min時間的平均值）”，這是考核的一個關鍵點。

試驗箱內部的溫度點與箱體的溫度偏差、溫度均勻度、溫度波動度都有關系，要使箱內溫度點更真實反映樣品的設定溫度值，在試驗箱升溫或降溫過程中，需對溫度變化速率進行控制。過快的溫度變化速率，箱體內部溫度沒有足夠的時間達到均勻，加上溫度傳遞的滯后，容易造成測試的結果與設定的溫度值存在偏差，因此，試驗過程中箱內溫度變化速率應不超過 1 K/min（不超過5 min時間的平均值）。

本文對2020年和2021年高、低溫試驗能力驗證計劃溫度變化速率對結果影響進行統計分析，詳見表1和表2。

表1 溫度變化速率對高溫試驗能力驗證計劃離群結果的影響統計

表2 溫度變化速率對低溫試驗能力驗證計劃離群結果的影響統計

從表1和表2統計結果可以得出，溫度變化速率是影響高、低溫試驗能力驗證測試結果的重要因素之一，特別是對高溫試驗影響較大, 溫度變化速率大于1 K/min的實驗室，其結果離群的幾率較高，4個批次中有3個批次的離群率在50 %上下。同時，從以上的統計結果可以得出，測試過程中的溫度變化速率不是測試結果的唯一影響因素，測試結果離群除了控制好試驗箱內溫度變化速率之外，還有其他因素需要重點考慮。

2.4 測試布局

高、低溫試驗能力驗證另一個重要考核點是測試人員對試驗箱空間溫度場分布狀況的綜合考慮。試驗箱內部的布置是影響測試結果的另一個關鍵因素，主要考核實驗室是否充分考慮試驗箱空間溫度場分布狀況，以及選擇準確讀取試驗箱溫度的方式，從而較為全面地考核實驗室對溫度箱使用的能力。

本方案的高、低溫試驗能力驗證是一個溫度變化的動態測試，在升溫/降溫過程中，箱體內部因為熱風/冷風的傳遞流動會形成一定的溫度梯度，因此，試驗樣品感溫探頭在試驗箱內部的不同位置會導致測試溫度的差異。

為了驗證試驗箱空間溫度場分布的情況，本文隨機選取了一個高溫試驗能力驗證樣品，采用了有效容積為1 m3的試驗箱，試驗過程中的升溫速率設置為1 ℃/min，試驗外接溫度巡檢儀，在試驗箱內布置了5個熱點偶采集溫度，如圖2所示，測試結果如圖3。

圖2 熱電偶采集溫度在試驗箱內的布置圖

圖3 熱電偶采集器5個通道測試結果

從測試結果分析，熱電偶采集器的通道1（樣品感溫探頭）和通道3（試驗箱傳感器）溫度值比較接近，由此可見，通過箱體自帶溫度顯示值讀取結果的，樣品感溫探頭放在接近試驗箱傳感器位置會更為準確。這是由于箱體內部熱風傳遞形成一定的溫度梯度，箱內不同位置動作溫度存在一定的差距，因此，測試時需根據箱子的具體情況選擇樣品感溫探頭在試驗箱內的最佳位置，避免因感溫的偏差造成測試結果的不滿意。對于試驗箱比較大，樣品的感溫探頭無法放在靠近箱子溫度傳感器的位置時，或者試驗箱的溫度均勻度和溫度波動度較大，兩者情況都可以考慮增加數據采集器讀取樣品動作溫度，從而使測試結果更加準確。

2.5 讀取方式

為了驗證采用箱體自帶溫度傳感器和外接溫度巡檢儀兩種方式測試讀取樣品動作溫度的差距，本文隨機抽取了三個低溫試驗能力驗證樣品，選用有效容積為1m3的試驗箱，樣品感溫探頭均放置于試驗箱內幾何中心位置。采用兩種不同的方式讀取測試結果：第一，測試樣品動作溫度的讀取方式為試驗箱自帶溫度顯示值，結果數據如表3；第二，采用外接溫度巡檢儀讀取動作溫度的方式，將溫度巡檢儀的熱電偶與試驗樣品的感溫探頭放在一起進行測試，結果數據如表4。

表3 采用箱體自帶傳感器測試樣品動作溫度的結果數據

表4 采用外接溫度巡檢儀測試樣品動作溫度的結果數據

從以上兩個表的結果數據可以得出，低溫試驗采用外接溫度巡檢儀比箱體自帶溫度顯示值測試的樣品動作溫度基本上低1 ℃左右，從測試數據可以得出采用外接溫度巡檢儀讀取的動作溫度更接近樣品設置的溫度值。所以，在測試前實驗室應根據試驗箱的具體情況選擇合適的讀取方式，以確保測試結果的準確性。

2.6 設備選擇

高、低溫試驗箱體的選擇，可以從以下幾個方面加以考慮：溫度箱的有效容積、試驗設備的精度、試驗箱的校準。

1）溫度箱的有效容積

在相同的條件下，容積小的溫度箱比大容積的更好控制箱內的溫度。一般情況下，容積小的試驗箱內溫場較穩定、溫度梯度較小。不過由于各個實驗室檢測對象不同，所需的箱體容積要求也不一樣，當使用大容積的試驗箱測試高、低溫試驗樣品的動作溫度時，最好外接溫度巡檢儀，將熱點偶與樣品感溫探頭放在一起采集其動作溫度，避免因箱內溫度場的影響造成測試結果的離群。

2）試驗設備的精度

能力驗證的目的是驗證實驗室的技術能力，實驗室要獲得準確的測試結果，除了有效理解標準、充分掌握測試方法，正確使用試驗設備，同時，采用精確度高的試驗設備對能力驗證是至關重要的，這也是對實驗室各方面能力的綜合考核。

3）試驗設備的校準

實驗室對溫度箱做校準計劃時，建議對盡可能多的不同溫度點地進行校準，使高、低溫測試動作溫度在校準的覆蓋范圍，作為測試結果的參考，必要時根據試驗箱的校準結果進行修正。此外，實驗室應該選擇有相應資質的校準機構進行校準，并嚴格核對各校準指標，確保校準結果的準確度和可信度。

3 小結

能力驗證作為實驗室外部質量控制的重要手段，旨在通過合理、全面的方案，有效地考核實驗室對標準的理解應用，測試方法的掌握，試驗設備的選擇與應用，人員能力等多方面，驗證實驗室的綜合能力；識別實驗室中存在的問題，制定相應的補救措施，有效地提高實驗室的技術能力；持續監測實驗室的能力。