新能源汽车实验室测量不确定度研究

陈森 潘涛

摘 要：针对于我司新能源汽车实验室测试技术管理发展战略，为满足新能源汽车关键零部件检测的需要，旨在向公众客户提供包括检测结果的不确定度在内的详细测试信息，依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求，制定了本实验室测量不确定度评定的程序文件。

关键词：新能源汽车；测试技术；测量不确定度

0 引言

以电能作为主要动力源的新能源汽车或将成为环保交通产业的发展趋势，而发展新能源汽车也必将提出车辆质量检测的新的要求。但如今，由于我国新能源汽车产业的发展较欧美日等发达国家来说起步较晚，技术不成熟，存在着许多诸如检测的标准依据不足，无统一、规范可靠的质量检测方法，检测人员技术与经验不足等问题，严重影响了我国新能源汽车检测的有效实施。因此，引入不确定度评定概念，建立测试不确定评定程序，对提高检测质量，为公众社会和客户提供更准确可靠的检测数据与检测结果有着重要意义。

1 测量不确定度评定方法的建立

1.1 测量方法

简要地描述测量方法和原理，可以把被测量的定义及测量过程的描述作为补充。

1.2 数学模型

测量结果的计算公式，为

（ 、 、…、 ） （1-1）

求出灵敏系数 ，为

（1-2）

在建立数学模型时尽可能使各分量互不相关，否则在标准不确定度合成时要引入相关函数分量，计算较复杂。例如当出现（t1、t2）时不要用同一支温度计测量t1和t2，否则t1和t2即为相关量。

1.3 标准不确定度分量的来源分析

导致不确定度的来源一般有：

1）被测量定义的不完整程度；2）复现性较差，即被测量的测量方式方法不可靠；

3）样品取样不具有代表性，即被测样品不足以代表被测量；4）模拟式仪器读数存在着人为偏移；5）测量仪器谁二逼的技术性能（如灵敏度、分辨力、死区和稳定性等）的局限性与不完整性；6）使用的测量标准以及标准物质的不确定度；7）引入的数据结果或其他有影响的参量的不确定度；8）近似与估计测量方法和测量程序；9）使用同一条件观测被测量在重复中的变化等。

标准不确定度的来源分析应紧扣数学模型逐条列出，做到不遗漏、不重复。

2 标准不确定度分量的评定

根据不确定度分量来源的分析和获取信息的方式确定采用A类或B类评定方法评定。

2.1 标准不确定度分量的A类评定方法

对被测量进行独立重复观测，通过所得到的一系列测得值，用统计分析方法获得实验标准偏差 ，当用算术平均值 作为被测量估计值时，被测量估计值的A类标准不确定度按公式（2-1）计算，为

（2-1）

A类标准不确定度常使用的方法为：基本方法（贝塞尔公式法），极差法，最小二乘法。

最小二乘法需要对数据进行复杂的变化与处理，过程繁琐不便，针对某些特殊情况处理，较少使用。

2.2 标准不确定度分量的B类评定方法

标准不确定度分量的B类评定，一般来说它是借助于一切已知的产生误差影响的具有评定可靠性与准确性的有关信息，从最大的可能偏差估计折算得到的。由于B类的不确定度评定过程主要依赖于技术人员综合以往的信息和相关的技术资料等，因此B类不确定度评定往往展现出较多的特殊性与经验性，对于不同的检测技术人员对同一样品的评定方式方法不尽相同，主要突出表现在B类不确定度分量自由度的评估方面。

这些信息可出自于：

a）曾经进行过的测量数据；b）了解相关技术资料状况，对使用与操作的测量仪器设备性能特征的经验；c）由生产部门提供的原始技术文件；d）检定检验证书以及其他相关正规文件所提供的信息数据；e）质量手册、作业指导书以及其他国内外公开的技术资料明确列出的参考数据及其测量不确定度；f）国家标准或类似国内外技术文件中给出的重复性限γ或复现性限R。

B类不确定度分量的合理评估主要依赖于对所定义 的置信区间的波动范围及正确理解它所遵守的分布特征特性，B类不确定度数值大小，为

（2-6）

式中：e为半宽； 为包含因子。

为清晰并有条理的表示标准不确定度评估过程，做到不重复不遗漏，应用列表的方法，综合列出标准不确定度分量一览表。

3 合成标准不确定度评定

3.1 合成标准不确定度

合成标准不确定度：即由在一个测量模型中各个标准测量不确定度分量按一定方式组合合成得到的标准不确定度。

合成时需要注意遵守各分量既不重复又不遗漏的原则，但对某些影响可以忽略不计的影响因子的分量可以不考虑（应予说明）。

3.2 数值大小的合成

当测量结果是由若干个影响因素的分量计算得出时，测量结果的标准不确定度计算是等于各个影响参数的输入分量的方差值与相应输入分量协方差估计值平方和的正平方根，为

（3-1）

式（3-1）中， 是所求的被测量在测量点（ 、 、…、 ）附近的微小波动变化值的方差的估计值。

本程序规定，测量点的选取是在所产生影响的各分量的最佳估计值 上； 定义为被测量 ，其取决于各输入分量变化的灵敏度系数；R定义为相关项，当 相关时，需计算R的值。

如果测试结果的各输入分量相互间独立不产生影响时，R=0，则其合成标准不确定度的计算可简化，结果等于各分量标准不确定度的平方和的正平方根，为

（3-2）

4 扩展不确定度

4.1 扩展不确定度的计算

扩展不确定度 的计算方法是由合成标准不确定度乘以覆盖因子 得出，为

（4-1）

一般直接取 或 。

注：1）采用本方案提供擴展不确定度时，需明确指出k的大小；

2）一般地，如无明确说明， 相当于95%的概率， 相当于99%的概率。

扩展不确定度的量值结果一般只取2位有效数字，原则上其他小数位只进不舍。

4.2 测量结果的表述

例如被测量含量为 ，测量结果为 ， ，取包含因子 ，则测量结果表示为

； （4-2）

5 结论

测量不确定度评定是评价测量系统以及检测质量的重要特征指标，也是新能源汽车检测实验室质量控制过程中最为重要的一项。随着全球经济一体化进程的不断加速，对国际间实验室的检测数据的可比性提出了更高的要求，新能源汽车关键部件检测统一定量评价测量结果的质量愈加重要。因此，解决在新能源汽车质量检测结果中的测量不确定度理论的实际应用问题，顺利开展检测实验室测试工作，为提高测量不确定度评定理论在新能源汽车检测质量中起到借鉴和指导作用。

参考文献

[1] 陈明燕.我国新能源汽车发展环境分析[J].价值工程，2012，31（1）：52-53.

[2] A.K.Khan.Department of Energy.Power Engineer，Vol.15，No.2，PP.81-85，April 2011.

[3] CNAS-GL02能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].2012，8-18.

[4] 刘亚民.现代测量与实验室管理[J].中国测量，2008，108-113.

（作者单位：徐州徐工汽车制造有限公司）