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低温高温试验能力验证结果及不确定度分析

发布时间:2019/7/16   来源:www.ruihongshiye.com

引言


环境试验技术是一项实用的基础技术, 是验证和提高产品质量的重要技术措施之一。其主要涉及研究产品所处的各种环境条件、针对产品所处的特殊环境研究相应的防护技术, 以及研究和制订环境试验方法以鉴别产品对环境的适应能力等领域。其中低温高温试验是环境试验的重要组成部分, 在GJB 150、GB 2423等标准中涉及了大量的低温、高温试验方法和试验要求, 同时对低温、高温等试验的准确度做出了明确的要求。为了保证施加的温度应力满足标准的要求, 笔者中心于近期分别参加了低温试验和高温试验两个试验项目的能力验证。均取得了满意的结果。现就本中心参加低、高温能力验证其不确定度分析等方面的经验进行总结, 不当之处, 敬请指教。


1 测试要求


低温试验能力验证方法依据GB/T 2423.1-2008:电工电子产品环境试验第二部分:试验方法试验B:低温 (等同采用IEC 60068-2-1:Environmental testing:Part2-1:Tests-Tests A:Cold) 。高温试验能力验证方法依据GB/T 2423.2-2008:电工电子产品环境试验第二部分:试验方法试验B:高温 (等同采用IEC 60068-2-2:2007Environmental testing:Part 2-2:Tests-Test B Dry heat) 。根据能力验证提供者提供的作业指导书要求按图1所示路线完成样品连线及布置。


图1 温度试验样品连接关系

图1 温度试验样品连接关系   


受试样品 (低、高温试验盒) 放置在试验箱外, 只将传感器探头放入在试验箱工作区域。接通电源, 启动试验箱从常温降温或升温, 观察指示灯状态, 至指示灯熄灭。记录试验起始和结束时间, 以及起始时温箱温度和指示灯熄灭瞬间温度试验盒的动作温度。


2 实施方法


2.1 试验箱选择


一方面考虑到试验样品的体积, 为了保证试验数据的准确性, 需要依据“样品的体积不大于试验箱体积的20~30%的比例”原则;另一方面考虑到能力验证数据的精确性, 采用温度精确度小于1℃能够更准确的测量样品对应时刻的温度值;再次, 依据标准选取的试验箱风速应为小于1.5 m/s, 为了更加准确的模拟自然环境, 如温度为风速可调设备, 应尽可能的降低风速。


结合以上条件以及本中心现有的试验设备, 本次低温、高温试验能力验证选用无锡科隆的高低温交变湿热试验箱。试验箱容积150 L, 量程范围-40~+150℃, 设备显示精度0.01℃, 传感器类型为铂电阻型。校准计量标准参考JJF 1101-2003《环境试验设备温度、适度校准规范》


2.2 停止温度盲测


由于试验盒指示灯熄灭温度未知, 需对试验盒进行盲测。设置降温或升温速率, 先使用较大的温度变化速率对其进行盲测, 划定低温与高温试验指示灯熄灭的温度范围。再根据作业指导书的要求或实际标准设定相应的温度变化速率。本次试验中高温试验作业指导书明确指定温度变化率为1℃/min, 低温试验中未指定, 依据低温试验标准降温速率选择1℃/min。


2.3 样品放置位置设定


为最大限度保证能力验证的可靠性和有效性, 从贴近日常实际试验角度出发, 本次低温、高温试验均将试验盒的传感器置于温箱测试区域的几何中心。原因主要是:第一, 试验箱显示温度为出风口温度, 理论上受试样品的传感器探头与试验箱传感器放置在同一位置, 则试验箱显示的温度更能精确的反映出受试样品的感应温度, 但与实际日常试验被测产品摆放位置不符。第二, 则结合选用的试验箱计量较准温度均匀度分布情况, 选取温度波动度最小的点放置传感器为宜, 此时均匀度引入实验误差不可忽略, 且叫贴近实际使用情况, 因此温度传感器选择放置在温箱的几何中心。


3 温度测量不确定度的判定


3.1 不确定度来源分析


试验结果的最终表达形式为温箱在被试样品指示灯熄灭时的读数, 为了科学起见选择三次试验读数的平均值, 如式 (1) , 其中ti为每次测量读数。


  


影响温度测量结果不确定度主要来源有两大类:读数和重复测量引入的误差 (A类不确定度) 。对于温度试验箱自身构造设计引入的误差 (B类不确定度) , 从其设计技术指标以及说明书分析, 主要有温箱显示模块读数的分辨率和温箱内温度的均匀性。低温试验与高温试验过程均为温度变化过程, 故在单位时间内不存在恒定温度运行阶段, 因此测量误差中温度波动度影响较小。


3.2 不确定度评定的实施


根据能力验证作业指导书中的要求, 不使用其他辅助温度测量设备测试温度, 测量结果直接读取自温度试验箱上, 故测量模型符合y=x。


1) 标准不确定度评定


对于读数引入的误差, 每次测试读数相互独立, 则标准不确定度分量用A类标准不确定度表达如式 (2) :


  


其中s (t) 为十次测试读数的标准差, 作为设备系统的参考量保留, 本次低温高温试验读数各3次, 故分母取。


2) 温度试验箱构造引入的标准不确定度


根据无锡科隆高低温交变湿热试验箱的技术指标提供的数据, 温箱显示模块分辨率0.01℃, 温度均匀度±2℃。假设服从均匀分布, 用B类标准不确定度表达。即,


温箱显示最小分辨率引入的不确定度:


  


温箱均匀度引入的不确定度:


  


3) 合成标准不确定度


标准不确定度各分量相互独立不相关, 所以在计算合成标准不确定度u C时不引入协方差函数γ, 如式 (3) :


  


由此看出在试验箱技术参数中温度均匀度对不确定度数值影响远大于分辨率。为减少误差可以根据校准计量证书相应温度范围提供的计量结果, 选取适当的均匀度计量值评定不确定度, 但同时会引入计量证书的扩展不确定度。由于本次试验未按照此方法评定, 故不做进一步讨论。


4) 扩展不确定度


根据惯例取包含概率P=95%, k=2, 则扩展不确定度为:


  


4 总结


根据能力验证结果报告, 本次能力验证计划系统分析采用稳健 (Robust) 技术处理, 稳健平均值和稳健标准差的计算及意义参考ISO 13528《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》。涉及的相关统计量参考CNAS GL02《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》。笔者中心此次能力验证活动低温与高温试验的Z比分绝对值均小于2, 且取得了满意的结果, 并有逐年降低的趋势。本文对中心开展能力验证活动进行了一些经验和作法进行总结和探讨, 如有不当欢迎指正。

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