某高温试验能力验证的不确定度评定

李丹丹，宋庆军，孙秋香，闫凯，王栋

（济宁半导体及显示产品质量监督检验中心，济宁 272000）

引言

能力验证指的是利用实验室间比对，按照预先制订的准则评价参加者的能力。CNAS文件《能力认可规则》中对性能测试子领域要求的最低参加频次为1次/2年

[1]。按照该文件的划分，高温试验隶属于电气检测领域中性能测试子领域的范畴，且能力验证提供者提供的性能测试能力验证计划或测量审核项目通常也为高低温试验[2]。作为环境试验的常规测试项目，诸多电子电气产品检测均涉及高温试验，因此，高温试验结果的准确与否至关重要。

由于现有检测技术的不完善以及人类认知水平的限制等导致一切测量结果必然具有不确定度。不确定度越小，表明结果越接近被测量的真值，结果准确度越高；反之，不确定度越大，结果准确度越小[3]。对于高温试验，由于其试验特殊性，本身并不直接报告数据结果，因此人们对其不确定度的关注度并不高。然而在高温试验过程中，试验箱温度值的偏差、均匀性和波动度等都会影响最终测试结果，进而影响产品的性能的判定。因此对高温试验的不确定度进行分析评定是十分必要的。

本文就近期参加的高温试验的能力验证计划，对此次高温试验的不确定度进行分析和评定，列出了具体的不确定度计算过程，供相关实验室做参考使用。

1 本次高温试验能力验证的基本要求

1.1 试验样品

试验样品为自带显示屏的温度试验盒，并且含有1个温度探头和1个电源插头，温度探头测试的温度值可直接显示于样品上。

1.2 试验方法

高温试验要求的方法为GB/T 2423.2-2008电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温

1.3 试验设备

由于试验样品体积要求较小，本次试验选用的为容积为600 L，温度量程范围为-45～+180 ℃温湿度试验箱。

1.4 试验程序

根据能力验证提供者提供的作业指导书，首先将样品放置于一定的温度下预处理4 h，使样品和环境达到热平衡。然后，将温度探头放置于试验箱测试区域的几何中心位置，将试验样品放置与试验箱外，再将试验箱设定至指定温度，待温度达到指定值后，平衡至少30 min，记录试验盒上显示值即可。此外需要注意的是，本次试验要求在无负载条件下进行，试验箱内部不得放置其他样品或产品。

2 高温试验不确定度的分析和评定

通常不确定度评定的流程为：①找出有影响的不确定度来源；②建立数学模型；③评定输入量的标准不确定度；④计算各不确定分量；⑤计算合成标准不确定度；⑥给出扩展不确定度。

2.1 高温试验不确定度的来源分析

对于不确定的分析，首先应掌握不确定度的来源,确定对数据结果有影响的因素。通常的不确定度来源有对被测量的定义不完善、对测量结果受环境影响的认识不周全、对仪器设备的读数存在人为偏移、设备的分辨力或鉴别力不够测量标准或标准物质具有不确定度以及在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化等。

从影响高温能力验证试验结果的因素来考虑，引入不确定度的主要来源有人员（测量重复性、读数延时）、设备（温度试验箱的技术指标）、测试环境（环境温湿度影响）及电源电压波动等。其中，为确保顺利通过能力验证，测试人员选择经验丰富，可熟练操作设备的人员，且由于样品温度直接显示，人员对读数的影响较小，可忽略。试验时将样品置于试验箱外，温度探头在温湿度试验箱内，测试环境对试验结果的影响也可忽略。在能力验证试验时选用的电源为稳压源，影响较小[4]。因此，最终确定的不确定度来源主要为人员测量重复性、温湿箱的偏差、波动度、均匀性、校准结果。

2.2 数学模型

高温试验为直接测量，数学模型为tx=tn

式中：

tx—被测样品的实际温度值（℃）；

tn—试验盒上显示的温度值（℃）。

2.3 标准不确定度的分析和评定

按照对不确定来源评定方法的不同，一般将不确定度分为A类不确定度和B类不确定度。A类不确定度通常为用对观测列进行统计分析的方法进行评定的标准不确定度，相应于传统的随机误差。B类不确定度不同于A类不确定度，是用非统计方法评定的标准不确定度，一般包括以往的测量数据、设备的说明书、对于仪器设备特性的经验、校准证书提供的数据等。由此，可对高温试验不确定度的来源进行分类，除人员测量重复性引入的不确定度属于A类不确定度外，其他来源例如制造厂家的技术说明书、校准证书提供的数据等引入的不确定度均为B类不确定度。

2.4 各不确定分量的具体计算

2.4.1 人员测量重复性

由前述内容可知，测量重复性引入的标准不确定度属于A类不确定度，服从正态分布。但需要注意的是，在试验过程中，需由同一人员、选择同一设备、在相同的环境条件下、对同一稳定样品进行重复测试。本次高温试验共重复测量6次，测试数据见表1。

利用贝塞尔公式，计算试验标准偏差

计算得知，由重复测量引入的标准不确定度分量u1=0.110 ℃，自由度n-1=5。

2.4.2 温湿箱的技术指标

表1 重复测量的温度值

表2 其他标准不确定度分量

根据设备厂家提供的技术指标得知，温湿箱的偏差为0.5 ℃；波动度为±0.1 ℃；温度均匀度为±0.5 ℃；而校准证书显示的扩展不确定度为0.3 ℃，k=2；这些来源均属于B类不确定度。这些技术指标对应的标准不确定度分量见表2。

2.5 合成标准不确定度

将不确定度的所有若干分量来合成，即可得到总不确定度。由上述标准不确定度计算合成标准不确定度，计算结果为：

2.6 扩展不确定度

将合成不确定度uc乘以大于1的包含因子k，以给不确定度一个较高置信概率的置信区间，从而得到扩展不确定度。按照置信概率p=95 %，取k=2，计算得到的扩展不确定度为：

3 结束语

对于试验结果的不确定度评定已日益引起人们的重视，但对试验结果的测量不确定度评定是一个非常复杂的过程，我们在实际检测过程中需要考虑到众多影响试验结果的因素，再去分析和确定相应的数值区间。本文以实验室参与的高温试验能力验证为例，对其不确定度进行了具体的评定和计算，仅供大家作参考，而由上述的评定结果可以看出，对于高温试验的能力验证，我们更多需要考虑的是人员能力和设备的精度等因素，它们对不确定度的影响较大。此外，实验室参加能力验证是非常有效可靠的外部质控手段，通过参加能力验证能够确保检测数据的准确有效，有助于监控实验室能力水平，进而提升实验室的检测能力，鼓励实验室积极参与。