一种环境试验箱期间核查方案设计及不确定度分析

王俊 蕊，李胜利，张文强，毛德强（中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄 050081）



一种环境试验箱期间核查方案设计及不确定度分析

王俊 蕊，李胜利，张文强，毛德强
（中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄 050081）

摘要：介绍一种环境试验箱的期间核查方案：包括核查计划的制定、核查的方法、核查数据处理和核查结果的评价，并对其中的测试系统进行不确定度评估。评估结果表明，这种方案满足相关标准要求。

关键词：环境试验箱；期间核查；不确定度

引言

环境试验箱是检测实验室常用设备，为保证检测数据的准确可靠，需要定期对其检定或校准，但由于环境试验箱使用的频率较高，且一般为连续工作，所以要对其进行期间核查，以保证检定或校准状态的持续可信。

本文根据期间核查的意义、必要性以及要遵循的原则，对检测实验室常用的环境试验箱提出一种期间核查方案，包括核查计划的制定、核查的方法、核查数据处理和核查结果的评价几方面内容, 并对其中的测试系统进行了不确定度评估。

1 期间核查方案

对于期间核查方案的制定，要考虑仪器设备性能特性以及可能影响检验结果准确性和稳定性的因素，确定核查参数，编制相应的核查方法，确定核查操作步骤，核查数据的处理及结果是否满足要求的判断。最终确定是否持续符合本身的检测工作的技术要求。核查频率一般以在仪器的检定或校准周期内进行一至两次为宜，对于使用频率比较高或易损坏的仪器，应增加核查的次数。

1.1核查计划的制定

对于期间核查的时间的规定，应遵循如下原则：

1）按照年核查次数进行；

2）仪器设备导出数据异常时；

3）对设备的重要部位（指对设备性能有直接影响的部位），维修或更换后；

4）设备在安装调试之后或启封重新使用之前；

5）仪器设备经过运输和搬迁。

1.2核查内容和偏差范围规定

核查内容可以参照GB/T 5170.2-2008中所列检验项目，实验室根据自身需要，选择不同项目进行核查。这里选择温度偏差和温度波动度两个项目，也可以对温度均匀性、温度变化速率、温度恢复时间、温度指示误差和温度过冲量等项目进行核查。

对于偏差范围的规定，各实验室根据测试的产品和依据的标准而定。本方案中，规定温度偏差和温度波动度两项测试项的要求分别为±1.5 ℃和2 ℃。

1）温度偏差

2）温度波动度

1.3检验条件

1）环境条件

温度：15 ～35 ℃；

相对湿度：不大于85 %RH；

气压： 80 ～106 kPa；

设备周围无强烈冲击、振动、电磁场和腐蚀性气体存在；

设备应避免阳光直射和其它冷热源影响。

2）检验仪器

使用的测量系统其测量结果的扩展不确定度（K=2）不大于被测参数允许偏差的1/3，本方案中测试仪器选用温度巡检仪，型号为FLUKE 2638A。

3）检验负载

检验设备在空载条件下进行。

4）测量点数量及位置

根据试验设备容积的大小，将工作空间分为上、中、下三层，中层通过工作空间几何中心点。将一定数量的温度传感器布放在其中规定的位置上。测量点分别位于上、中、下三层，测量点O 为设备工作空间的几何中心点，试验设备容积小于或等于2 m3时，温度测量点为9 个，试验设备容积大于2 m3时，温度测量点为15 个，布放位置和距离要求参照GB/T 5170.2-2008中相关规定。

1.4检验步骤

1）选择检验的温度标称值

在试验设备温度可调范围内，根据实验室测试需要，选取GB/T 2423.1和GB/T 2423.2标准中规定的有代表性的温度标称值。这里选择的低温和高温值如下：

低温：-65 ℃，-55 ℃，-40 ℃，-25 ℃，-10 ℃，-5 ℃。

高温：+30 ℃，+40 ℃，+55 ℃，+70 ℃，+85 ℃。

根据试验和检验的需要，亦可选取其他温度标称值。

2）按规定位置安装温度测量传感器，把试验设备的温度控制器调节到所要求的标称温度上。

3）使试验设备降温或升温，自设备进入控温状态后稳定30 min，开始记录各测量点的温度和设备指示温度，每隔3 min 记录一次，在30 min 内共记录10 次。

1.5核查数据处理

将测试得到数据按照核查内容中规定的测试项目的计算方法进行计算，在本方案中计算得到温度偏差和温度波动度。若二者均在规定偏差范围之内，则判断设备正常，否则判定设备故障。

1.6核查结果评价

当试验设备的个别测量点的检验结果不能满足技术指标的要求时，允许适当缩小试验设备的工作空间或检验参数范围，在缩小后的工作空间或相应的参数范围内，应满足全部技术指标要求，检验结果为限用，同时注明限用范围。期间检查中发现设备运行有问题时，应停用报修。

2 不确定度分析

对测量不确定度的分析通常采用GUM法。测量不确定度包括以统计方法评估的A类不确定度和用非统计方法评估的B类不确定度。对于本系统的测试，影响测量不确定度的因素主要有：测量数据的分散性、测量仪器的系统偏差和测量仪器的示值偏差几个方面。其中测量数据的分散性属于A类不确定度，其余几个因素为B类不确定度。

按照本期间核查方案的设计，需要对温度偏差和温度波动度两个测试项目分别在不同的标称温度下测试，评估其测量不确定度。为方便描述，本文仅对温度偏差测试项目在标称温度为40 ℃时的不确定度进行评估，其它情况的评估方法与此完全相同，不再具体描述。

2.1标准不确定度评定

1）测量重复性引入的测量不确定度分量u1（T）

该不确定度分量主要源于温度巡检仪的测量重复性，采用A类方法进行评定，需要进行多次测量，表1给出在标称温度为40 ℃时，温度上偏差的测量数值。

测量的标准差S为：

因此不确定度分量u1（T）为：

2）温度巡检仪精度引入的测量不确定度分量u2（T）

该不确定度分量主要源于温度巡检仪的精度，采用B类方法进行评定。温度巡检仪测量精度为0.62 ℃，取半宽区间，并以均匀分布估计。

3）温度巡检仪分辨力引入的测量不确定度分量u3（T）

该不确定度分量主要源于温度巡检仪的最小分辨力误差，采用B类方法进行评定。本次测试使用的温度巡检仪是数显测试仪表，其最小分辨力为0.01 ℃，取半宽区间，并以均匀分布估计，则：

表1　测量数值

2.2合成标准不确定度

以上不确定度分量彼此独立，互不相关，因此合成标准不确定度uc为：

2.3扩展不确定度

对于检测实验室，取k=2，于是扩展不确定度为：

2.4其他标称温度下不确定度的评估

按照上述对不确定度的评估方法，对温度偏差和温度波动度两个测试项目分别在不同的标称温度下测试，评估其测量不确定度，其数值均小于0.42 ℃。

3 结论

本方案规定，对温度偏差和温度波动度两项测试项的要求分别为±1.5 ℃和2 ℃。根据GB/T 5170.1-2008中规定对检验仪器的要求，使用的测量系统其测量结果的扩展不确定度（K=2）不大于被测参数允许偏差的1/3，所以测量系统的扩展不确定度应不大于±0.5 ℃和0.67 ℃。而对温度偏差和温度波动度两个测试项目分别在不同的标称温度下评估其测量不确定度，其最大为值0.42 ℃，所以本测试方案满足标准规定的要求。

本文提出的期间核查方案和不确定度评估的方法，也适用于其它环境试验设备和相关仪器。

参考文献：

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[2] GB/T 5170.1-2008 , 电工电子产业环境试验设备检验方法 总则[S].

[3] GB/T 5170.2-2008 , 电工电子产品环境试验设备检验方法 温度试验设备[S].

[4] JJF 1059.1-2012,测量不确定度评定与表示[S].

[5] 王俊蕊,刘杰,陈锟. 载波振幅变化测量方法及不确定度分析[J]. 无线电通信技术, 2015,41 (6)：72-75.

中图分类号：TH89

文献标识码：B

文章编号：1004-7204（2016）02-0031-04

作者简介:

王俊蕊 女，(1974-)，中国电子科技集团公司第54研究所，高级工程师。主要研究方向：信号分析和数字解调，通信导航领域的检测认证。

A Design of Intermediate Checks Method for Environmental Test Chamber and Uncertainty Evaluation

WANG Jun-rui, LI Sheng-li, ZHANG Wen-qiang, MAO De-qiang
(The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang, Hebei 050081)

Abstract：This paper introduces a method of intermediate checks for environmental test chamber including check plan and method development, check data processing, and check result evaluation. And it gives uncertainty evaluation for the test system. The result shows that the method of intermediate checks meets with the requirements of relevant standards.

Key words：environmental test chamber; intermediate checks; uncertainty evaluation