李丹丹，宋慶軍，孫秋香，閆凱，王棟

（濟(jì)寧半導(dǎo)體及顯示產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，濟(jì)寧 272000）

引言

能力驗(yàn)證指的是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，按照預(yù)先制訂的準(zhǔn)則評(píng)價(jià)參加者的能力。CNAS文件《能力認(rèn)可規(guī)則》中對(duì)性能測(cè)試子領(lǐng)域要求的最低參加頻次為1次/2年

[1]。按照該文件的劃分，高溫試驗(yàn)隸屬于電氣檢測(cè)領(lǐng)域中性能測(cè)試子領(lǐng)域的范疇，且能力驗(yàn)證提供者提供的性能測(cè)試能力驗(yàn)證計(jì)劃或測(cè)量審核項(xiàng)目通常也為高低溫試驗(yàn)[2]。作為環(huán)境試驗(yàn)的常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目，諸多電子電氣產(chǎn)品檢測(cè)均涉及高溫試驗(yàn)，因此，高溫試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與否至關(guān)重要。

由于現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的不完善以及人類認(rèn)知水平的限制等導(dǎo)致一切測(cè)量結(jié)果必然具有不確定度。不確定度越小，表明結(jié)果越接近被測(cè)量的真值，結(jié)果準(zhǔn)確度越高；反之，不確定度越大，結(jié)果準(zhǔn)確度越小[3]。對(duì)于高溫試驗(yàn)，由于其試驗(yàn)特殊性，本身并不直接報(bào)告數(shù)據(jù)結(jié)果，因此人們對(duì)其不確定度的關(guān)注度并不高。然而在高溫試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)箱溫度值的偏差、均勻性和波動(dòng)度等都會(huì)影響最終測(cè)試結(jié)果，進(jìn)而影響產(chǎn)品的性能的判定。因此對(duì)高溫試驗(yàn)的不確定度進(jìn)行分析評(píng)定是十分必要的。

本文就近期參加的高溫試驗(yàn)的能力驗(yàn)證計(jì)劃，對(duì)此次高溫試驗(yàn)的不確定度進(jìn)行分析和評(píng)定，列出了具體的不確定度計(jì)算過(guò)程，供相關(guān)實(shí)驗(yàn)室做參考使用。

1 本次高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的基本要求

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品為自帶顯示屏的溫度試驗(yàn)盒，并且含有1個(gè)溫度探頭和1個(gè)電源插頭，溫度探頭測(cè)試的溫度值可直接顯示于樣品上。

1.2 試驗(yàn)方法

高溫試驗(yàn)要求的方法為GB/T 2423.2-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)B：高溫

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

由于試驗(yàn)樣品體積要求較小，本次試驗(yàn)選用的為容積為600 L，溫度量程范圍為-45～+180 ℃溫濕度試驗(yàn)箱。

1.4 試驗(yàn)程序

根據(jù)能力驗(yàn)證提供者提供的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，首先將樣品放置于一定的溫度下預(yù)處理4 h，使樣品和環(huán)境達(dá)到熱平衡。然后，將溫度探頭放置于試驗(yàn)箱測(cè)試區(qū)域的幾何中心位置，將試驗(yàn)樣品放置與試驗(yàn)箱外，再將試驗(yàn)箱設(shè)定至指定溫度，待溫度達(dá)到指定值后，平衡至少30 min，記錄試驗(yàn)盒上顯示值即可。此外需要注意的是，本次試驗(yàn)要求在無(wú)負(fù)載條件下進(jìn)行，試驗(yàn)箱內(nèi)部不得放置其他樣品或產(chǎn)品。

2 高溫試驗(yàn)不確定度的分析和評(píng)定

通常不確定度評(píng)定的流程為：①找出有影響的不確定度來(lái)源；②建立數(shù)學(xué)模型；③評(píng)定輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；④計(jì)算各不確定分量；⑤計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；⑥給出擴(kuò)展不確定度。

2.1 高溫試驗(yàn)不確定度的來(lái)源分析

對(duì)于不確定的分析，首先應(yīng)掌握不確定度的來(lái)源,確定對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果有影響的因素。通常的不確定度來(lái)源有對(duì)被測(cè)量的定義不完善、對(duì)測(cè)量結(jié)果受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不周全、對(duì)儀器設(shè)備的讀數(shù)存在人為偏移、設(shè)備的分辨力或鑒別力不夠測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有不確定度以及在表面上看來(lái)完全相同的條件下，被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值的變化等。

從影響高溫能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的因素來(lái)考慮，引入不確定度的主要來(lái)源有人員（測(cè)量重復(fù)性、讀數(shù)延時(shí)）、設(shè)備（溫度試驗(yàn)箱的技術(shù)指標(biāo)）、測(cè)試環(huán)境（環(huán)境溫濕度影響）及電源電壓波動(dòng)等。其中，為確保順利通過(guò)能力驗(yàn)證，測(cè)試人員選擇經(jīng)驗(yàn)豐富，可熟練操作設(shè)備的人員，且由于樣品溫度直接顯示，人員對(duì)讀數(shù)的影響較小，可忽略。試驗(yàn)時(shí)將樣品置于試驗(yàn)箱外，溫度探頭在溫濕度試驗(yàn)箱內(nèi)，測(cè)試環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響也可忽略。在能力驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)選用的電源為穩(wěn)壓源，影響較小[4]。因此，最終確定的不確定度來(lái)源主要為人員測(cè)量重復(fù)性、溫濕箱的偏差、波動(dòng)度、均勻性、校準(zhǔn)結(jié)果。

2.2 數(shù)學(xué)模型

高溫試驗(yàn)為直接測(cè)量，數(shù)學(xué)模型為tx=tn

式中：

tx—被測(cè)樣品的實(shí)際溫度值（℃）；

tn—試驗(yàn)盒上顯示的溫度值（℃）。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分析和評(píng)定

按照對(duì)不確定來(lái)源評(píng)定方法的不同，一般將不確定度分為A類不確定度和B類不確定度。A類不確定度通常為用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，相應(yīng)于傳統(tǒng)的隨機(jī)誤差。B類不確定度不同于A類不確定度，是用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，一般包括以往的測(cè)量數(shù)據(jù)、設(shè)備的說(shuō)明書(shū)、對(duì)于儀器設(shè)備特性的經(jīng)驗(yàn)、校準(zhǔn)證書(shū)提供的數(shù)據(jù)等。由此，可對(duì)高溫試驗(yàn)不確定度的來(lái)源進(jìn)行分類，除人員測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度屬于A類不確定度外，其他來(lái)源例如制造廠家的技術(shù)說(shuō)明書(shū)、校準(zhǔn)證書(shū)提供的數(shù)據(jù)等引入的不確定度均為B類不確定度。

2.4 各不確定分量的具體計(jì)算

2.4.1 人員測(cè)量重復(fù)性

由前述內(nèi)容可知，測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度屬于A類不確定度，服從正態(tài)分布。但需要注意的是，在試驗(yàn)過(guò)程中，需由同一人員、選擇同一設(shè)備、在相同的環(huán)境條件下、對(duì)同一穩(wěn)定樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。本次高溫試驗(yàn)共重復(fù)測(cè)量6次，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

利用貝塞爾公式，計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差

計(jì)算得知，由重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1=0.110 ℃，自由度n-1=5。

2.4.2 溫濕箱的技術(shù)指標(biāo)

表1 重復(fù)測(cè)量的溫度值

表2 其他標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

根據(jù)設(shè)備廠家提供的技術(shù)指標(biāo)得知，溫濕箱的偏差為0.5 ℃；波動(dòng)度為±0.1 ℃；溫度均勻度為±0.5 ℃；而校準(zhǔn)證書(shū)顯示的擴(kuò)展不確定度為0.3 ℃，k=2；這些來(lái)源均屬于B類不確定度。這些技術(shù)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見(jiàn)表2。

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將不確定度的所有若干分量來(lái)合成，即可得到總不確定度。由上述標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計(jì)算結(jié)果為：

2.6 擴(kuò)展不確定度

將合成不確定度uc乘以大于1的包含因子k，以給不確定度一個(gè)較高置信概率的置信區(qū)間，從而得到擴(kuò)展不確定度。按照置信概率p=95 %，取k=2，計(jì)算得到的擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的不確定度評(píng)定已日益引起人們的重視，但對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，我們?cè)趯?shí)際檢測(cè)過(guò)程中需要考慮到眾多影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，再去分析和確定相應(yīng)的數(shù)值區(qū)間。本文以實(shí)驗(yàn)室參與的高溫試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證為例，對(duì)其不確定度進(jìn)行了具體的評(píng)定和計(jì)算，僅供大家作參考，而由上述的評(píng)定結(jié)果可以看出，對(duì)于高溫試驗(yàn)的能力驗(yàn)證，我們更多需要考慮的是人員能力和設(shè)備的精度等因素，它們對(duì)不確定度的影響較大。此外，實(shí)驗(yàn)室參加能力驗(yàn)證是非常有效可靠的外部質(zhì)控手段，通過(guò)參加能力驗(yàn)證能夠確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，有助于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室能力水平，進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)室積極參與。