低温试验测量审核分析

史光梅，李明海，陈 均，王易君

（中国工程物理研究院总体工程研究所环境试验中心，绵阳 621999）

低温试验测量审核分析

史光梅，李明海，陈 均，王易君

（中国工程物理研究院总体工程研究所环境试验中心，绵阳 621999）

测量审核是对实验室具备某项技术能力的实测结果验证, 是能力验证活动的重要方式之一。以所在实验室参加低温试验测量审核活动为例，对影响测量结果的因素进行了详细分析，并对测量审核结果进行了不确定度评定，以期探讨如何做好测量审核工作以证明申请单位实验室的指定项目具备高质量的检测能力。

低温试验；测量审核；不确定度评定

引言

中国合格评定国家认可委员会（CNAS）按照国际标准和相关技术要求制定了一系列能力验证规则和要求，申请CNAS认可和已获准认可的实验室必须按照CNAS能力验证领域和频次要求参加CNAS组织或承认的能力验证活动。

CNAS-RL02《CNAS能力验证规则》[1]明确定义，能力验证活动包括能力验证计划、测量审核和实验室间比对计划；其中能力验证计划是为保证实验室在特定检测、测量、校准或检查领域的能力而设计和运作的一轮或多轮实验室间比对，而测量审核是指一个参加者对被测物品（材料或制品）进行实际测试，其测试结果与参考值进行比较的活动。每年，因项目方案设计、样品制备、参加实验室数量以及费用投入等各种因素的影响，由能力验证提供机构组织的能力验证计划实施项目十分有限；而测量审核是对一个参加者进行“一对一” 能力评价的能力验证计划[1]，在无适当、适时的常规能力验证计划时，认可实验室和申请实验室可依据申请项目与范围参加适当的测量审核；因此，实验室可根据自身实际情况申请参加相关领域测量审核活动。近年来，测量审核作为一种特殊的能力验证计划已成为实验室认可机构或政府部门对实验室进行质量控制的重要手段。

CNAS-AL07《CNAS能力验证领域和频次表》[2]规定，电气行业性能测试子领域，即高低温试验所在子领域的最低参加频次要求是1次/2年，当无适当的、适时的常规能力验证计划开展时，实验室可参加相应行业子领域的测量审核或实验室间比对，这样既可满足CNAS的频次要求，又可加强本实验室内部质量控制，为自身的持续改进提供信息。本文以中物院环境试验中心气候实验室参加广州威凯检测技术研究院组织的低温试验测量审核为例，对测量审核活动进行分析。

1 低温试验测量审核方法

低温试验测量审核依据GB/T 2423.1-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温》中“试验Ab：非散热试验样品温度渐变的低温试验”的规定进行试验。具体方法是利用带指示灯的温控器样品对温度变化的感应控制其内部电路的通断，在温度试验箱降温过程中，记录指示灯熄灭瞬间温控器样品的动作温度。低温试验测量审核活动的目的是验证实验室按照相应标准对电工电子产品进行低温测试的能力，考察实验室的低温测试系统是否满足低温测试的相关要求。

本文低温试验测量审核活动的样品是由CNAS测量审核指定机构广州威凯检测技术研究院寄送的“盲样”：一台温控器，样品外观如图1所示。

试验测试示意图见图2所示，试验时，样品放置在温度试验箱外，将样品的感温探头穿过试验箱测试孔放入温度试验箱内部中心位置处；同时增加监测手段，外接数据采集器进行温度监控，与数据采集器相连接的T型测温热电偶与样品的感温探头尽量靠近。接通电路（试验供电电源：220V±5%～, 50Hz±1%，电路导线横截面积：1.0mm2），样品指示灯亮；按照GB/T 2423.1-2008的要求（温度变化速率不超过1K/min（5min的平均值）），设定试验箱温度变化速率0.5℃/min，开启温度试验箱，从常温（24.0℃）开始降温，期间观察指示灯状态，至指示灯熄灭，读取并记录指示灯熄灭瞬间试验箱和数据采集器显示的温度值。

图1 温控器外观图

图2 低温试验测量审核测试示意图

2 测量结果不确定度评定

2.1 建立数学模型

为求得测量结果的不确定度，首先建立数学模型。本次试验中为直接测量，数学模型略。

2.2 确良测量结果的不确定度评定

2.2.1 测量结果的影响因素分析

一切测量结果都不可避免地具有不确定度，不确定度是表征合理地赋予被测量之值的分散性[3].测量过程中有许多可能引起不确定度的来源。从人、机、料、法、环、测等方面进行分析，可以识别出影响测量结果的因素包括：①人员读数；②温度试验箱特性（如温度偏差，温度箱内的时间波动度与空间均匀性等）；③数据采集器的检定；④测温热电偶的检定；⑤数据采集器与热电偶的连接；⑥数据采集器的热电偶与样品感温探头的靠近程度及热电偶感应点与样品感温探头所处的温度场的差异；⑦降温速率；⑧环境温、湿度；⑨电源电压的波动；⑩读数的时延等。

其中，温度试验箱的特性对本文测量结果有较大的影响，如温度箱偏差、波动度、均匀性等，当测量结果采用试验箱自带传感器读数时，就需分析上述因素的影响；若采取外接数据采集器读数、热电偶与感温探头末端尽量靠近等措施，可使温度试验箱内空间均匀性的影响程度大大减小，故影响较小可忽略。另外，温度箱置于试验大厅内，试验大厅内环境温度相对稳定，对温度箱的影响较小，而且感温探头置于温度箱内进行试验，温度箱测试孔在试验过程中已封堵，因此，环境温、湿度对测试结果的影响也较小，基本忽略。热电偶感应点与感温探头所处的温度场的差异，是个动态、复杂而细微的过程，由于二者非常靠近，故影响较小，可忽略。电源电压的波动通过UPS稳压源控制电源电压参数的可变性，从而使得影响程度最小化。读数的时延，通过选择熟练操作人员的操作而减小其影响。人员的读数影响较小，可忽略。因此，影响本文试验测量结果的主要因素有：①温度试验箱偏差；②温度试验箱波动度；③温度试验箱的均匀性；④数据采集器的检定；⑤测温热电偶的检定；⑥降温速率。

2.2.2 各分量的标准不确定度评定

1）温度试验箱的偏差

校准证书显示温度试验箱在-40℃～+10℃的最大偏差为1.4℃，该误差以等概率落于区间-1.4℃至+1.4℃之间，是不确定度B类分量，为均匀分布，，则

2）温度试验箱的波动度

校准证书显示温度试验箱在-40℃～+10℃的最大波动度为0.1℃，该误差以等概率落于区间-0.1℃至+0.1℃之间，是不确定度B类分量，为均匀分布，，则：

3）温度试验箱的均匀度

校准证书显示温度试验箱在-40℃～+10℃的最大均匀度为0.7℃，该误差以等概率落于区间-0.7℃至+0.7℃之间，是不确定度B类分量，为均匀分布，，则：

4）数据采集器的检定

检定证书显示测量温度点附近数据采集器的最大偏差为0.02℃，该误差以等概率落于区间-0.02℃至+0.02℃之间，是不确定度B类分量，服从均匀分布，，则

5）测温热电偶的检定

检定证书显示测量温度点附近热电偶的最大偏差为0℃，则

6）温度变化速率

试验设定温度箱的降温速率为0.5℃/min，在到达温控器响应的温度时，试验箱内的温度在持续变化，可能造成试验箱内的温度与实际动作温度不完全一致。根据读数时的经验判断，其最大值不超过0.5℃（区间半宽度为0.5/2℃），采用B类不确定度方法评定，服从均匀分布，，则

2.2.3 合成标准不确定度

当测量结果采用试验箱自带传感器读数时，需考虑温度试验箱的特性和降温速率的影响，故合成标准不确定度为：

当测量结果采用外接数据采集器读数时，需考虑接数据采集器和测温热电偶及降温速率的影响，故合成标准不确定度为：

2.2.4 扩展不确定度

当测量结果采用试验箱自带传感器读数时，对应约95%的置信概率，取k=2，计算得扩展不确定度：

当测量结果采用外接数据采集器读数时，对应约95%的置信概率，取k=2，计算得扩展不确定度：

2.2.5 不确定度汇总表

不确定度汇总见表1。由表1结果可知，当测量结果采用试验箱自带传感器读数时，对测量审核结果不确定度贡献最大的是试验设备（温度试验箱的偏差、波动度和均匀度）的不确定度，再次是试验方法即降温速率的选择；当采用外接数据采集器读取样品感温探头附近试验箱内温度值时，对测量审核结果不确定度贡献最大的是试验方法即降温速率的选择，其次是温度测试仪器（包括测温热电偶和数据采集器）的检定结果。因此在试验过程中，应严格按照GB/T 2423.1-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温》要求，确认温度试验箱能够满足试验要求，并控制好降温速率，文献[4]也分析认为造成低温试验测量审核结果不满意的主要原因之一就是降温速率过快。

表1 不确定度汇总

3 低温试验测量审核结果

本文低温试验测量审核中测得样品指示灯熄灭瞬间的温度，试验箱显示温度为-23.5℃，热电偶的测量值为-24.2℃。

最后报告低温试验测量审核结果时，应包含不确定度评估，形成完整的测量审核结果范围。T=（-23.5±1.8）℃（包含因子k=2，对应约95%的置信概率），或者T=（-24.2±0.3）℃（包含因子k=2，对应约95%的置信概率），二者取其一进行提交报告即可（本文实例选择后者进行提交报告）。可以看出，采用不同测试系统测得的结果并不相同，其相对应的测量不确定度也是不同的。

测量审核结果的评定方式[5]主要有三种：按En值评定、按临界值（CD值）评定、按专业标准方法规定评定（Z值）。本文低温试验用测量审核的样品是选用低温试验能力验证计划的剩样，结果评价方法采用Z值法[4]：

其中：xLAB是参加实验室的结果；xREF是参考实验室的指定值（源自低温试验能力验证计划的中位值）；Δ是允许差（源自低温试验能力验证计划的2倍标准化四分位距）。

若|Z|≤1，则评定结果为满意；若1＜|Z|＜1.5，则评定结果为有问题；若|Z|≥1.5，则评定结果为不满意。

将本实验室的测试值与参考实验室的指定值xREF进行比对，均满足|Z|＜1，说明本实验室低温试验测量审核结果为满意。该结果反映出在此次低温试验中，本实验室的温度试验箱自带测试系统与外接温度测试系统均能满足低温测试的相关要求，验证了本实验室具备按照相应标准对电工电子产品进行低温测试的能力。

4 结语

实验室在参加低温试验测量审核活动时需特别注意以下几点：

1）实验室检测人员应加强对GB/T 2423.1-2008的理解与应用；试验前应确认参试温度试验箱能够满足要求，并在试验过程中按标准要求控制好温度变化速率；

2）从人、机、料、法、环、测等方面识别出影响测量结果的因素，并尽可能采取措施使影响程度最小化；

3）须对测量结果进行不确定度评估，形成完整的测量审核结果范围；

4）若采用不同测试系统同时进行测量（如采用试验箱自带传感器读数和增加温度监测仪读数），则应有针对性地进行不确定度评估，结果报告时只提交其中一个测量结果即可。

CNAS低温试验测量审核活动要求测试样品的动作温度值，在试验方案设计中巧妙地融合了对设备性能及人员理解与操作能力的考察[6]，做好测量审核工作将有助于促进实验室技术能力的提高。而获得满意评价的实验室，既能证明其对指定项目具备高质量的校准检测能力，同时也增加了客户以及相关方对实验室的信任。

[1] CNAS-RL02：2010, 能力验证规则[S].

[2] CNAS-AL07：2011, CNAS能力验证领域和频次表[S].

[3] JJF 1059－1999, 测量不确定度评定与表示[S].

[4] 王珊珊. 高低温试验能力验证常见不满意原因分析[J]. 环境技术，2012(04).

[5] CNAS-GL02：2006, 能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].

[6] 王秀芳, 刘国荣, 朱珈. 低温试验能力验证中的不确定度分析评估[J].环境技术，2008(01).

Analysis on the Low Temperature Test in Measurement Audit

SHI Guang-mei, LI Ming-hai, CHEN Jun, WANG Yi-jun
（Environment Testing Center, Institute of Systems Engineering, CAEP, Mianyang 621999）

Measurement audit is used validating laboratory ability in that kind of technology and one of the important forms for proficiency testing scheme. In this paper, the low temperature test measurement audit our laboratory participated has been chosen as sample, the primary effects of results of low temperature test measurement audit were analyzed in detail; the uncertainty for measurement results was evaluated. It would be expected to discuss how to make measurement audit to prove laboratory high level testing ability.

low temperature test; measurement audit; uncertainty evaluation

TM933.4

A

1004-7204(2014)05-0017-05

史光梅（1974-），女，高级工程师，中物院总体所环境试验中心气候实验室，主要从事气候环境试验及武器装备热安全工程研究。