供電電壓緩降與緩升試驗能力驗證實施與探討

陳宇軍，李馨貴，張宗取

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗證[1]是利用實驗室間比對，按照預先制定的準則評價參加者能力的一項活動。作為一種有效的外部質量控制手段，能力驗證可促進實驗室檢測能力和實驗室質量控制水平的提升，在提升整個檢測行業(yè)水平和政府機構的監(jiān)管中都發(fā)揮了重要作用。

有鑒于此，本文結合威凱檢測技術有限公司實施的能力驗證計劃，對已實施的能力驗證計劃方案和結果評價涉及的技術關鍵點、影響因素和設計思路進行探討，以有助于提升實驗室道路車輛電氣電子設備供電電壓緩降和緩升試驗的檢測能力。

1 能力驗證方案設計

1.1 能力驗證計劃實施過程

能力驗證計劃實施步驟如圖1所示。

圖1 能力驗證計劃實施步驟

1.2 能力驗證方案設計原理

能力驗證計劃旨在以實驗室間比對的形式，評價參加實驗室的能力和監(jiān)控行業(yè)的整體水平。因此，能力驗證計劃方案的“樣品設計”、“作業(yè)指導書”、“結果評價準則”應與能力驗證目的相符。

道路車輛電氣電子設備供電電壓緩降與緩升試驗依據(jù)標準為GB/T 28046.2-2019的條款4.5[2]，具體測試步驟如下：“對受試設備的有效輸入端以0.5±0.1 V/min的線性變化率，將供電電壓由Usmin降到0 V，然后從0 V升到Usmax，并判定樣品的功能狀態(tài)是否滿足標準的要求”，其中Usmin、Usmax為樣品最低、最高供電電壓。

根據(jù)上述檢測標準的描述，該試驗對實驗室的要求主要是能否輸出以0.5±0.1 V/min的變壓速率進行Usmin降到0 V，再從0 V升到Usmax的電壓波形。為此考慮設計能力驗證樣品在供電電壓緩降階段時，于供電電壓9.0 V時顯示屏幕熄滅，在供電電壓緩升階段，于9.6 V時亮起。在“能力驗證計劃作業(yè)指導書”要求參加實驗室上報樣品的屏幕熄滅到亮起的時間（以下簡稱“試驗時間”）作為試驗結果，并根據(jù)此結果評價實驗室的測試能力。

由于屏幕熄滅的電壓U1到再次亮起的電壓U2固定，因此試驗時間的理論值為：

根據(jù)T即可反推出實驗室設置的變壓速率。

若采用差值D評價實驗室結果[3]

式中：

x—參加實驗室結果；

xpt為指定值。

標準中升降壓速率的允許誤差為0.1 V/min，鑒于升降壓速率的允許變動范圍達20 %，若以此作為評價實驗室能力，較為寬松，為了使能力驗證能夠有效地評價參加者在所處行業(yè)中的水平，故以參加實驗室結果進行統(tǒng)計分析，即采用Z比分數(shù)評價參加者結果[3]。

式中：

σpt—能力評定標準差，其值為參加者結果的“穩(wěn)健標準差”。

對于Z比分數(shù)，當| Z | ≤2 為滿意結果；2＜| Z | ＜3為有問題結果；| Z | ≥3為不滿意的結果。由于Z比分數(shù)的值與σpt有關，即與參加實驗室結果有關，故能真切反映參加實驗室的能力。

1.3 能力驗證樣品設計與制備

為保證能力驗證樣品盡可能與日常檢測樣品相類似，我們選取了12 V供電系統(tǒng)的“車載空調控制器”作為本次計劃能力驗證樣品，模擬其供電電壓在緩降和緩升時工作的性能，該樣品在供電電壓緩降階段時，于供電電壓9.0 V時顯示屏幕熄滅，在供電電壓緩升階段，于9.6 V時亮起。

為順利實施此能力驗證項目，同時確保能力驗證中出現(xiàn)的不滿意結果不歸咎于樣品之間或樣品本身的變異性，需要對制備的多個能力驗證樣品進行均勻性和穩(wěn)定性檢驗，具體如表1所示。

2 能力驗證計劃實施

2.1 均勻性和穩(wěn)定性檢驗

能力驗證計劃共16個樣品，樣品是合格分包方根據(jù)計劃組織方的要求結合本次計劃特點制作和出廠檢驗的，并由計劃組織方進行了均勻性和穩(wěn)定性檢驗（見表1），并根據(jù)下述評價準則對樣品均勻性、穩(wěn)定性進行判定[4]，所得能力驗證樣品是均勻、穩(wěn)定的，確保樣品滿足能力驗證的要求。

表1 樣品均勻性和穩(wěn)定性檢驗設計

2.2 參加者結果能力評價

根據(jù)參加者的結果以算法A[3][5]計算指定值xpt和能力評定標準差σpt如表2所示。

表2 能力驗證計劃統(tǒng)計量（單位：s）

2.3 影響測試結果的因素分析

2.3.1 供電電源分析

本次試驗要求測試供電電壓緩降與緩升時間（T），受實驗室所采用的供電電源的變壓速率的顯著影響，無論實驗室采用的是程控電源還是汽車電源模擬系統(tǒng)，其變化速率均會受到設備分辨率的影響。

本次試驗要求參加實驗室將變壓速率設置為0.5 V/min，若精確到秒，即為0.008 333 V/s。因此若實驗室采用的直流程控電源是以秒為單位來設置變壓速率時，則由于上述變壓速率對精度要求過高，大大超過了實驗室計量時的允許誤差，且難以化整，因此便會導致測試結果不準確。

另外實驗室采用的供電電源，若不是由穩(wěn)壓電源進行供電，則受到市電波動性的影響較大，亦會影響測試結果。若實驗室對供電電源進行校零時，示值不為零，電源的實際輸出電壓與示值電壓依舊存在差異，且該差異一般無法確定。從而對試驗結果產生顯著影響。

2.3.2 讀數(shù)時機問題

從調查表中可以看出，有些實驗室采用秒表和萬用表讀取時間和電壓；有些試驗室從示波器中讀取時間和電壓，但從測試實物圖中可以看到，較多的試驗室僅在示波器上跟蹤電壓。像上述兩種情況，其讀數(shù)的時機便顯得相對主觀。比如，若通過視覺觀察屏幕熄滅或亮起作為讀數(shù)時機，則誤差較大，且誤差不僅源自人員讀數(shù)時的延遲，而且亦和設備的精度有關。

例如，在計時過程中，若用秒表讀取時間，則需要考慮屏幕亮起或熄滅到秒表計時關閉的延遲時間。當電壓的讀數(shù)來源于外加電壓表時，則其讀數(shù)也需要經過一定的響應時間才能穩(wěn)定，并需要考慮精度帶來的誤差。若從示波器讀取電壓和時間，則需要考慮示波器內部的誤差，許多示波器的精度會隨著顯示范圍的擴大而降低。另外，示波器內部的帶寬、存儲深度、分辨率都會帶來誤差。

有些實驗室對電流進行了跟蹤，并將電流突變的時刻作為讀取電壓和時間的時機。這種情況下，人員誤差如讀數(shù)延遲等帶來的影響便較低，但也需注意示波器的誤差，此外還需要注意光標位置的設置對讀數(shù)的影響。采取此種方法時，也應保證示波器的精度，并注意示波器的示數(shù)范圍的調整引起誤差的變化。

3 總結

本文討論了道路車輛電氣電子設備供電電壓緩降與緩升試驗能力驗證方案實施過程中的關鍵點，如“能力驗證樣品設計”、“作業(yè)指導書規(guī)定的測試方法”和“能力驗證結果評價”。能力驗證方案的設計充分考察了實驗室的測試人員、測試設備、環(huán)境及方法等是否滿足標準的要求。能力驗證方案作業(yè)指導書規(guī)定的測試方法與依據(jù)標準要求一致；能力驗證樣品符合道路車輛電氣電子產品日常檢測樣品的類別，并具有考核參加者能力的特性值；能力驗證結果評價原則的設定旨在檢驗實驗室檢測能力、了解整個行業(yè)的整體檢測水平及自身所處位置，對于結果不滿意的參加實驗室可以從中發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效措施進行整改以確保今后日常檢測結果的準確性。