關于溫度試驗設備校準結果確認注意事項

鄧洪，李健

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，成都 610036）

引言

高溫試驗或低溫試驗是一種常見的環境試驗方法，廣泛應用在各類平臺的各種產品中。根據相關檢測標準方法規定，溫度試驗設備投用前、使用中或重新投用，應證明設備相關性能滿足檢測方法規定。實驗室為了證明設備性能滿足檢測方法規定，通常選擇具有代表性的溫度點進行校準，再將校準數據與試驗方法允差進行對比，確認設備性能是否滿足試驗方法要求。

但是，實際工作中，某些實驗室在使用設備前，沒有結合檢測方法要求進行校準結果確認，以及忽略了測量不確定度的影響，導致實驗室得出的設備準用結論存在風險，檢測結果有效性受到質疑。

本文從試驗標準規定出發，分析了測量不確度對校準結果的影響，以及試驗標準允差與校準結果的關系，介紹了如何對校準結果進行風險識別和結果應用，有利于環境試驗質量的控制和提高。

1 校準結果與測量不確定度

根據國家相關要求，校準機構特別是獲得國家實驗室認可的校準機構，出具的校準證書應給出測量不確定度。測量不確定度是用于表征測量結果的分布范圍，是一個標準偏差或給定置信區間的半寬度。不確定度越小，表示測量結果的離散性越小，使用價值越高。反之，則測量結果離散性越大，使用價值越低。測量不確定度數據本身也有一個指標“置信度”，用以表征測量不確定度數據本身的可信度概率。

不同的領域，測量不確定度與校準結果的關系也不一樣。在環境試驗領域，溫度試驗設備校準結果給出的不確定度U屬于擴展不確定度，其數值是一個半寬度數值，置信度一般為95 %（k=2）。對于溫度試驗設備校準結果與測量不確定度關系的理解，可將校準結果作為一個中心標準線，再將該標準線分別向兩側偏移一個數值為U的距離，形成一條以校準線為對稱軸的帶狀分布，這條帶狀線就是校準結果的分布范圍。

因此，在分析溫度試驗設備校準結果時，可以簡單的認為校準結果分布范圍為校準溫度+校準結果+測量不確定度。

2 測量不確定度對校準結果的實質影響

根據JJF 1101-2019《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》規定，溫度波動度、溫度均勻度、溫度偏差是溫度試驗設備必須校準的三個溫度參數。

根據校準規范規定，溫度校準需要采用多個測量通道布置在試驗設備工作艙的空間，并在30 min內每兩分鐘1次共采集16組數據[1]。校準結果是建立在多路測量通道16組測量數據基礎上。每路測量通道均有一個測量不確定度作為系統不確定度評定的分量。校準機構綜合評估各測量不確定分量后，給出一個擴展不確定度作為校準結果測量不確定度提供給設備使用者[2]。設備使用者在進行校準結果確認時，可以用校準結果測量不確定度代替測量通道的測量不確定度進行歸一化處理，即不再考慮不同測量通道之間的測量不確定度差異[3]。歸一化處理后，校準結果測量不確定度對校準結果的影響就存在差異。

溫度偏差，是16組測數據中，分別取最大值和最小值，再與標稱值進行計算。由于測量值存在不確定度，標稱值沒有測量不確定度，所以測量值的測量不確定度會傳遞到計算結果，即溫度偏差存在測量不確定度[4]。

溫度均勻度，是16次測量中，先計算每次測量所得最高值與最低值之間的差值，再取16次差值的算術平均值。由此可見，每次參與計算的測量值一定來至于兩個測量通道。由于經過綜合評定后，測量點的測量不確定度分量相同，即參與計算的兩個測量通道的測量不確定度相同，所以，這兩個測量值相減，測量通道的測量不確定度相互抵消，不傳遞到最終計算結果。因此，溫度均勻度校準結果可以不考慮測量不確定影響。

溫度波動度，是某測量通道全部測量數據中，某一路測量通道最高值與最低值之間的差值，測量值來至于同一通道，測量不確定度相同。因此，兩個測量值相減后，測量不確定度互相抵消，不帶入最終計算結果，溫度波動度校準結果可以不考慮測量不確定影響。

因此，雖然參與計算的測量值存在測量不確定度，但是經過計算以后，只有溫度偏差需要考慮測量不確定度的影響，溫度均勻度和溫度波動度不考慮測量不確定度的影響。

3 校準結果確認的誤區

1）校準結果確認沒有識別測量不確定影響

日常工作中，實驗室在進行校準結果確認時，容易只對比溫度偏差校準結果與試驗允差的差異，沒有引入測量不確定度進行進一步分析，導致試驗結果存在風險。

例如，實驗室采用某高溫試驗設備依據GJB 150.3A-2009開展85 ℃高溫試驗。查詢試驗設備校準證書，85 ℃的溫度偏差為+1.8和-1.1，擴展不確定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。在GJB 150.3A-2009中，溫度試驗允差規定為溫度偏差不大于±2 ℃[5]。

僅看校準結果，該設備的溫度偏差均滿足GJB 150.1A-2009試驗允差要求。但是，引入測量不確定度影響后，溫度偏差分布范圍變成+1.8±0.3 ℃和-1.1±0.3 ℃，最高偏差可能為2.1，超出了GJB 150.3A-2009允差規定，試驗結果存在風險。

2）校準結果確認沒有識別不同試驗方法的差異

環境試驗設備作為一種通用設備，廣泛應用在各類平臺，不同平臺的試驗方法可能存在差異，對溫度偏差的要求也存在差異。實驗室在校準結果確認時，容易按照常用試驗方法進行確認，忽略了其他試驗方法的要求。

繼續上面案例，實驗室發現上述風險后，通過參數校正，將該設備85 ℃溫度偏差調整為+1.6 ℃和-1.2 ℃，擴展不確定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。下面以常用的三個試驗標準為例。

在GJB 150.3A-2009高溫試驗中，溫度偏差的允差為±2 ℃。由此可見，在考慮測量不確定度影響后，設備溫度偏差最大為（-1.5～+1.9）℃區間，完全滿足GJB 150.3A-2009的允差規定。

但是，在GJB 360B-2009“方法107溫度沖擊”中，標準方法規定溫度偏差為（0～+3）℃[6]，即85 ℃的實際試驗溫度必須在（85～88）℃區間。根據設備的溫度偏差校準結果，設備設置溫度為85 ℃時，實際溫度可能在（83.8～86.6）℃區間，下限低于標準方法規定，不滿足試驗方法要求。實驗室常見做法是將設置溫度調整為86.2 ℃，認為即使存在溫度偏差，實際試驗溫度也在（85～87.8）℃區間，滿足標準方法要求。但是，納入測量不確定度后，溫度區間可能在（84.7～88.1）℃，試驗是否滿足標準方法要求就存在疑義。在本例中，結合測量不確定度后，設備的溫度偏差跨度為3.4 ℃，超過了標準方法規定的3 ℃，故無論如何設置試驗參數，都不能肯定是否滿足試驗方法要求，必須采取其他措施。

同樣，在GJB 1027A-2005高溫試驗中，標準方法規定溫度偏差為（0～-4）℃[7]，即85 ℃的實際試驗溫度必須在（81～85）℃區間。根據設備的校準結果和測量不確定度，設備設置溫度為85 ℃時，實際溫度可能在（83.5～86.9）℃區間，上限高于標準方法規定，不滿足試驗方法要求。實驗室需要將試驗設置溫度85 ℃調整為83.1 ℃，才能保證實際試驗溫度在（81.6℃～85）℃，滿足試驗方法規定。

綜合以上三個案例，不難發現，在實際工作中，同一溫度偏差，在測量不確定度影響下，是否滿足標準方法要求，采取的解決措施，都存在差異。實驗室如果未能準確識別試驗方法要求的差異，采取的措施不合理，必然給試驗結果留下隱患。

4 注意事項

首先，實驗室應注意校準機構評定的測量不確定度合理性。

校準機構評定的溫度校準參數測量不確定度常見為0.2～0.3。個別校準機構因為技術原因或規避自身風險，提供給用戶的校準報告中，測量不確定度可能超過0.3甚至高達0.6，明顯高于行業評定區間。不確定度偏大，有利于校準機構的風險降低，但會導致校準結果分布范圍較大，設備的無風險準用區間變窄，容易引起用戶對設備性能的誤判。發現這種情況，實驗室應及時與校準機構溝通，確認不確定度偏大原因，重新評定。

其次，校準結果影響設備準用時，可以根據檢測方法采取措施規避校準結果影響，而不是簡單評定為能不能用。

根據現行各類試驗標準，對溫度允差的定義為試件周邊的溫度，而不是設備自身溫度特性，也就是當校準結果出現風險或超差時，實驗室可通過在試件周邊安裝測量傳感器，測試實際溫度允差。如果實測溫度允差滿足試驗標準，該設備同樣可以用。

必須注意的是，實驗室在測量試件周邊溫度時，應重新評定測量不確定度，而不是簡單引用校準報告提供的測量不確定度。

5 結論

溫度試驗設備的校準結果中，測量不確定度是一個非常關鍵的數據，直接關系到試驗結果是否有效。在校準結果確認中，合理引入不確定度影響，能有效提高試驗結果的有效性，規避試驗風險，提高實驗室的技術狀態管理。