关于温度试验设备校准结果确认注意事项

2023-01-02邓洪李健

环境技术 2022年4期

邓洪，李健

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，成都 610036）

引言

高温试验或低温试验是一种常见的环境试验方法，广泛应用在各类平台的各种产品中。根据相关检测标准方法规定，温度试验设备投用前、使用中或重新投用，应证明设备相关性能满足检测方法规定。实验室为了证明设备性能满足检测方法规定，通常选择具有代表性的温度点进行校准，再将校准数据与试验方法允差进行对比，确认设备性能是否满足试验方法要求。

但是，实际工作中，某些实验室在使用设备前，没有结合检测方法要求进行校准结果确认，以及忽略了测量不确定度的影响，导致实验室得出的设备准用结论存在风险，检测结果有效性受到质疑。

本文从试验标准规定出发，分析了测量不确度对校准结果的影响，以及试验标准允差与校准结果的关系，介绍了如何对校准结果进行风险识别和结果应用，有利于环境试验质量的控制和提高。

1 校准结果与测量不确定度

根据国家相关要求，校准机构特别是获得国家实验室认可的校准机构，出具的校准证书应给出测量不确定度。测量不确定度是用于表征测量结果的分布范围，是一个标准偏差或给定置信区间的半宽度。不确定度越小，表示测量结果的离散性越小，使用价值越高。反之，则测量结果离散性越大，使用价值越低。测量不确定度数据本身也有一个指标“置信度”，用以表征测量不确定度数据本身的可信度概率。

不同的领域，测量不确定度与校准结果的关系也不一样。在环境试验领域，温度试验设备校准结果给出的不确定度U属于扩展不确定度，其数值是一个半宽度数值，置信度一般为95 %（k=2）。对于温度试验设备校准结果与测量不确定度关系的理解，可将校准结果作为一个中心标准线，再将该标准线分别向两侧偏移一个数值为U的距离，形成一条以校准线为对称轴的带状分布，这条带状线就是校准结果的分布范围。

因此，在分析温度试验设备校准结果时，可以简单的认为校准结果分布范围为校准温度+校准结果+测量不确定度。

2 测量不确定度对校准结果的实质影响

根据JJF 1101-2019《环境试验设备温度、湿度校准规范》规定，温度波动度、温度均匀度、温度偏差是温度试验设备必须校准的三个温度参数。

根据校准规范规定，温度校准需要采用多个测量通道布置在试验设备工作舱的空间，并在30 min内每两分钟1次共采集16组数据[1]。校准结果是建立在多路测量通道16组测量数据基础上。每路测量通道均有一个测量不确定度作为系统不确定度评定的分量。校准机构综合评估各测量不确定分量后，给出一个扩展不确定度作为校准结果测量不确定度提供给设备使用者[2]。设备使用者在进行校准结果确认时，可以用校准结果测量不确定度代替测量通道的测量不确定度进行归一化处理，即不再考虑不同测量通道之间的测量不确定度差异[3]。归一化处理后，校准结果测量不确定度对校准结果的影响就存在差异。

温度偏差，是16组测数据中，分别取最大值和最小值，再与标称值进行计算。由于测量值存在不确定度，标称值没有测量不确定度，所以测量值的测量不确定度会传递到计算结果，即温度偏差存在测量不确定度[4]。

温度均匀度，是16次测量中，先计算每次测量所得最高值与最低值之间的差值，再取16次差值的算术平均值。由此可见，每次参与计算的测量值一定来至于两个测量通道。由于经过综合评定后，测量点的测量不确定度分量相同，即参与计算的两个测量通道的测量不确定度相同，所以，这两个测量值相减，测量通道的测量不确定度相互抵消，不传递到最终计算结果。因此，温度均匀度校准结果可以不考虑测量不确定影响。

温度波动度，是某测量通道全部测量数据中，某一路测量通道最高值与最低值之间的差值，测量值来至于同一通道，测量不确定度相同。因此，两个测量值相减后，测量不确定度互相抵消，不带入最终计算结果，温度波动度校准结果可以不考虑测量不确定影响。

因此，虽然参与计算的测量值存在测量不确定度，但是经过计算以后，只有温度偏差需要考虑测量不确定度的影响，温度均匀度和温度波动度不考虑测量不确定度的影响。

3 校准结果确认的误区

1）校准结果确认没有识别测量不确定影响

日常工作中，实验室在进行校准结果确认时，容易只对比温度偏差校准结果与试验允差的差异，没有引入测量不确定度进行进一步分析，导致试验结果存在风险。

例如，实验室采用某高温试验设备依据GJB 150.3A-2009开展85 ℃高温试验。查询试验设备校准证书，85 ℃的温度偏差为+1.8和-1.1，扩展不确定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。在GJB 150.3A-2009中，温度试验允差规定为温度偏差不大于±2 ℃[5]。

仅看校准结果，该设备的温度偏差均满足GJB 150.1A-2009试验允差要求。但是，引入测量不确定度影响后，温度偏差分布范围变成+1.8±0.3 ℃和-1.1±0.3 ℃，最高偏差可能为2.1，超出了GJB 150.3A-2009允差规定，试验结果存在风险。

2）校准结果确认没有识别不同试验方法的差异

环境试验设备作为一种通用设备，广泛应用在各类平台，不同平台的试验方法可能存在差异，对温度偏差的要求也存在差异。实验室在校准结果确认时，容易按照常用试验方法进行确认，忽略了其他试验方法的要求。

继续上面案例，实验室发现上述风险后，通过参数校正，将该设备85 ℃温度偏差调整为+1.6 ℃和-1.2 ℃，扩展不确定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。下面以常用的三个试验标准为例。

在GJB 150.3A-2009高温试验中，温度偏差的允差为±2 ℃。由此可见，在考虑测量不确定度影响后，设备温度偏差最大为（-1.5～+1.9）℃区间，完全满足GJB 150.3A-2009的允差规定。

但是，在GJB 360B-2009“方法107温度冲击”中，标准方法规定温度偏差为（0～+3）℃[6]，即85 ℃的实际试验温度必须在（85～88）℃区间。根据设备的温度偏差校准结果，设备设置温度为85 ℃时，实际温度可能在（83.8～86.6）℃区间，下限低于标准方法规定，不满足试验方法要求。实验室常见做法是将设置温度调整为86.2 ℃，认为即使存在温度偏差，实际试验温度也在（85～87.8）℃区间，满足标准方法要求。但是，纳入测量不确定度后，温度区间可能在（84.7～88.1）℃，试验是否满足标准方法要求就存在疑义。在本例中，结合测量不确定度后，设备的温度偏差跨度为3.4 ℃，超过了标准方法规定的3 ℃，故无论如何设置试验参数，都不能肯定是否满足试验方法要求，必须采取其他措施。

同样，在GJB 1027A-2005高温试验中，标准方法规定温度偏差为（0～-4）℃[7]，即85 ℃的实际试验温度必须在（81～85）℃区间。根据设备的校准结果和测量不确定度，设备设置温度为85 ℃时，实际温度可能在（83.5～86.9）℃区间，上限高于标准方法规定，不满足试验方法要求。实验室需要将试验设置温度85 ℃调整为83.1 ℃，才能保证实际试验温度在（81.6℃～85）℃，满足试验方法规定。

综合以上三个案例，不难发现，在实际工作中，同一温度偏差，在测量不确定度影响下，是否满足标准方法要求，采取的解决措施，都存在差异。实验室如果未能准确识别试验方法要求的差异，采取的措施不合理，必然给试验结果留下隐患。

4 注意事项

首先，实验室应注意校准机构评定的测量不确定度合理性。

校准机构评定的温度校准参数测量不确定度常见为0.2～0.3。个别校准机构因为技术原因或规避自身风险，提供给用户的校准报告中，测量不确定度可能超过0.3甚至高达0.6，明显高于行业评定区间。不确定度偏大，有利于校准机构的风险降低，但会导致校准结果分布范围较大，设备的无风险准用区间变窄，容易引起用户对设备性能的误判。发现这种情况，实验室应及时与校准机构沟通，确认不确定度偏大原因，重新评定。

其次，校准结果影响设备准用时，可以根据检测方法采取措施规避校准结果影响，而不是简单评定为能不能用。

根据现行各类试验标准，对温度允差的定义为试件周边的温度，而不是设备自身温度特性，也就是当校准结果出现风险或超差时，实验室可通过在试件周边安装测量传感器，测试实际温度允差。如果实测温度允差满足试验标准，该设备同样可以用。

必须注意的是，实验室在测量试件周边温度时，应重新评定测量不确定度，而不是简单引用校准报告提供的测量不确定度。