整车研发实验室设备计量确认及溯源

凌培才 吴艳凯

1. 上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西 柳州 545007

2. 湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司柳州分公司 广西 柳州 545007

引言

对于以服务整车研发为目的整车研发实验室，实验设备管理与常规生产类设备管理有很大区别，除了共同关注的运行效率、安全、质量之外，更要注重的是检测结果准确性控制。而准确性的控制最直接的手段就是通过有资质的第三方检定/校准从而完成整条计量溯源的不间断比较链。对于强制检定的计量器具或计量标准，应该严格执行国家在检定规程或相关的技术法规，这类设备我们这里不做扩展讨论。对于国家强制检定目录内以外的设备，实验室选择校准作为主要溯源手段更为合理，这一类设备占比整车研发实验室设备种类的90%以上，这里我们针对如何确保这类设备的准确性及有效溯源性进行讨论[1]。

1 检定/校准

凡是作为测量结果，或直接影响测量结果，或出具报告的参数，其计量设备必须进行校准。计量设备只有经校准或检定，证实其能满足相应的标准或规范要求后投入使用才能保障数据准确及有效，在下列情况下，仪器设备应进行检定/校准：

1.1 当测量准确度或测量不确定度影响报告结果的有效性时

1.2 为建立报告结果的计量溯源性的仪器设备

实验室根据仪器设备名称、编号、测量范围、最大允差、溯源方式、检定周期、检定有效期(需校准的参数测量范围准确度或测量不确定度要求，校准周期)等制定检定/校准方案。对于校准周期的要求，实验室依据仪器设备的使用情况（重要性、使用频率、环境条件恶劣程度）、使用者、仪器设备本身的质量等诸因素制定这一类计量器具的校准周期。

2 计量确认

在使用过程中，检定证书与校准证书最大区别在于：检定证书会判断该设备是否满足国家的检定规程或相关的技术法规，而校准证书一般不对设备合格与否进行结论判定，只会给出校准结果及不确定度等关键数据，实验室的技术人员结合仪器设备的特点、使用状况、质量控制情况、工作类型等实际情况进行确认记录计量确认结果[2]。

以电力测功机的计量确认为例，解析如何完成计量确认，设备出厂参数：量程为（0～500）N.m；最大允差±0.2%FS；

环境温度22℃；相对湿度：55%RH，送往第三方校准，最终的校准证书结果为：

表1 电力测功机扭矩校准数据

计量确认评判标准： GB/T18297-2001《发动机性能实验方法》中对于发动机扭力值的测量要求为：不超过所测发动机最大扭矩值的±1%；设定所测发动机的最大扭力值为200N.m那该测试最大允许误差为：

遵循测设备的准确度应该高于实验要求的3倍以上的要求，该测功机的最大允许误差为：

可以计算出校准证书上对于每个校准点试制误差，本次校准证书记录了进回程两次示值，故需要对除零点外共20个点计算最终取最大示值误差为0.2N.m。所以：

该设备本次的校准结果满足GB/T18297-2001《发动机性能实验方法》中对于发动机扭力值的验证要求[3]。

3 计量溯源

国家计量部门通过正式公布的“计量器具检定系统框图”要求将测量结果链接到国际基准或公认标准。企业以整车研发验证为目的内部实验室，虽然面对的都是内部客户，大部分不直接涉及法律及法规。但是最终的产品是要通过国家的技术法规验证部门验证合格后才能投产及销售的，所以开发验证阶段的检测设备具备计量溯源性，是整车研发性实验室必须具备的能力。

实验方法可以是GB/T18297-2001《发动机性能实验方法》的国家颁布的实验方法，也可以是地方性或者是行业规范，也可以是企业内部的严正要求。根据“计量器具检定系统框图”的要求，计量溯源图应包含上一级计量标准、计量器具及被测对象要求三大部分。每一部分，无论是计量器具，还是计量标准或相关测量要求，必须给出测量范围以及准确度信息（最大允许误差/扩展不确定度/准确度等级）。上一级计量标准所在机构应能保证其溯源性，并在证书上明确声明。故上一级计量标准本检测中心可以省略不绘制[4]。同样以上面计量确认的说明的电力测功机作为例子：

第一步，实验室要明确，该实验设备的目的是用于发动机研发阶段的性能测试的扭矩测试，满足GB/T18297-2001《发动机性能实验方法》上的实验需求。根据上面计量确认结果，实验室所要检测的发动机扭矩值最大允许误差为±0.63N.m，这个是我们的被测对象要求。

第二步，发动机扭矩值是通过电力测功机设备测量得到的，测功机的设计的基本参数为：

扭矩测量范围：(-500～500) N·m，扭矩最大允差：±0.2%FS，但是这些参数是作为设备出厂时的基本参数，实验室在拿到设备后，需要将设备送往第三方计量机构进行校准后，才能最终得到最接近真值的设备参数，经过上面的计算，这台设备的最大扭矩试制误差为0.2N.m。这个是我们的计量器具。

第三步，但是测功机的扭矩是否满足使工作要求，实验室时通过送第三方检定机构进行校准确认的，但是知道，测功机的扭矩是不能直接测量出来了，只能通过标定杆及砝码的静态标定并通过扭矩计算公式：

得出结论，其中m为砝码重量，a为当地的重力加速度，L为标定杆的长度，也就是力臂。在这里这里又引入了标定杆及砝码两个计量机构的标准器具，在证书上我们看到标定杆的长度为：1019.7mm不确定度U=0.05mm， k=2，标准砝码的质量为5kg 10kg 20kg准确度等级：M1级。将这些信息标识在我们的计量溯源图上面，这样实验室完成了该设备这次的计量溯源工作，在有效的校准日期内，使用该测功机检测的数据也具备了溯源性[5]。

通过以上的检定校准，计量确认，计量溯源等技术管理手段，从根本上解决了整车研发实验室数据准确性和溯源性的基本诉求。