实验室输入电流能力验证实例分析

陈向昀 张 红 徐卫东 葛宇申/上海市计量测试技术研究院

0 引言

能力验证是判定实验室技术能力和维持其他技术能力的重要依据之一，直接展示实验室技术能力，提高实验室可信度，能力验证与现场评审构成了互为补充的两种能力评价方式，为实验室提供有效的外部质量控制，也是实验室作为内部质量控制程序的补充，改善实验室质量管理，提高实验室检测能力。

1 能力验证的内容和用途

CNAS 能力验证分为能力验证计划、实验室间比对及测量审核。能力验证计划为保证实验室在特定检测、测量或校准领域的能力而设计和运作的实验室间比对；实验室间比对是按照预先规定的条件，由两个或多个实验室对相同或类似被测物品进行校准/检测的组织、实施和评价；测量审核是实验室对被测物品（材料或制品）进行实际测试，将测试结果与参考值进行比较的活动[1]。

根据不同的校准/检测领域CNAS-AL07 《能力验证领域和频次表》的相关规定，如安全领域电学试验（输入功率和电流、泄漏电流和电气强度、接地措施、温升试验等）1 次/1 a，结构判定、性能测试、电磁兼容为1 次/2 a[2]。

2 计划测试项目和要求

2011年9月基础性能安全实验室参加了广州威凯组织输入电流能力验证，其试验操作的依据标准为GB4943-2001《信息技术设备的安全》/IEC60950-1：2005《Information technology equipment-Safety -Part 1：General requirements》、GB8898-2001《音频、视频及类似电子设备的安全要求》/ IEC 60065：2005《Audio,video and similar electronic apparatus -Safety requirements 》。方案主要通过测试AC-DC 电源盒在一定条件下工作的输入、输出电气参数，考察实验室相关测试系统的能力和试验人员对标准的理解。

2.1 样品情况

由于考虑到参加本次能力验证计划的实验室在实际日常检测活动中涉及的IT/AV 类产品种类繁多，外形、结构、工作原理等都不尽相同，同时考虑到样品应易于运输，因此本次能力验证选取的样品为AC-DC 电源盒，额定输入电压为交流220 V，50 Hz，输出为直流。

2.2 统计分析的设计及能力评价原则

对本次能力验证计划，实验室的检测结果按下式计算 Z 值：

式中：x—实验室检测结果；

X—指定值；

σ—变动性度量值（目标标准偏差）[3]。

本次能力验证计划统计分析采用稳健统计（Robust）技术处理，以实验室报出的AC-DC 电源盒的输入电流值作为实验室检测结果，中位值作为指定值，标准化四分位距（NIQR）为变动性度量值（目标标准偏差）。本次能力验证计划涉及的统计量有结果数、中位值、标准化四分位距（NIQR）、稳健变异系数（CV）、最小值、最大值和极差等。各统计量的意义及相关计算方法参见CNAS-GL02：2006《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》[4]。

本次能力验证计划对实验室结果的评价原则：

Z≤ 2 为满意结果；

2 ＜ Z ＜ 3，为有问题结果；

Z ≥ 3，为不满意结果[5，6]。

3 基础性能实验室的配置和测量结果

此次试验按主导实验室的作业指导书的要求，试验布置如图1 和图2所示，需要在温度(25±3)℃、湿度不大于75%的环境中进行测量，输入电源线采用0.75 mm2、长度为1 m的导线，输出线采用0.75 mm2、长度为0.5 m的导线，按照AC-DC 电源盒标识进行连接，所需测量仪器清单如表1。

图1 试验布置图

表1 测量所需仪器清单

图2 试验布置照片

WT210 功率计测得的结果即为输入电流值，作业指导书要求调节负载使样品的输出电流为0.80 A时进行测量，鉴于SH-300 直流电子负载电流值显示有一定误差，用8846A 数字多用电表对其电流读数进行了修正，由两名工程师分别对其进行了10 组测量，被测输入量为交流电流I（单位：mA）如表2。

4 统计处理结果及能力评价

本次能力验证统计量汇总表见表3所示。

根据公式1 计算得到Z=0.103 ＜ 2,本次能力结果为满意。

表2 测试记录 单位：mA

表3 测量结果统计参数汇总表

5 技术分析和建议

5.1 试验供电电源种类的选择

关于试验供电电源种类的选择，从统计的结果来看，试验供电电源使用稳压电源的（含稳压电源60 家，变频电源1 家，可调净化交流稳压电源柜1 家）占全部参加实验室的89%，使用市电占全部参加实验室的10%，使用F2253 电力模拟电源占全部参加实验室的1%。在使用市电的实验室中，有实验室的测试结果为不满意，说明在本次试验中供电电源直接使用市电可能对测试结果造成影响。建议实验室在本试验中尽量选择稳压电源进行试验。

5.2 带载工作时间

在本次能力验证中，对于输入电流的测量，带载测试时间的长短（即产品是否达到稳定）成为影响结果的重要因素，而实验室对标准和指导书的解读以及对AC-DC 电源盒工作特性的了解成为试验结果满意的关键。如果带载测试时间过短，实验室的测试结果很可能成为不满意结果。实验室在试验过程中要注意样品的输入电流是否已经达到稳定，确保样品有足够长的工作时间以达到稳定，一般需要对样品进行实时监控。本次实验中，AC-DC 电源盒在规定的负载条件下工作1 h 左右输入电流可以达到稳定。输出电流的精确与否与测试结果有很大的关系，在输出电流的控制上，负载的选择成为关键。虽然从最后实验室返回结果看，无论使用哪种电阻，输出电流的控制均能达到满意的程度，但从调查结果看，如果使用电子负载，有些实验室并不能很好控制电流值在800 mA。

5.3 输出电流的控制

（1）可以使用电子负载的恒阻模式，通过微调电阻值，以达到期望的输出电流值（排除测量仪器本身的误差）。

（2）如果使用滑线变阻器，可以将两个一大一小的额定电流合适的滑线变阻器（如一个全电阻为50 Ω，另一个全电阻为1 Ω）进行串接，通过微调1 Ω的滑线变阻器，可以较容易达到理想的输出电流值。

5.4 输入电流测试设备的选择

测量产品的输入电流时，分析一下被测量的产品工作过程中是否会引起波形的畸变，同时也要关注一下测量仪器对谐波的响应能力，由于现在电子线路在电子电器产品上的大量使用，产生谐波是很常见的。但是也注意到，现在的仪器校准一般采用输入纯正弦波对仪器进行校准，而没有验证仪器对谐波的响应能力，所以如果测量仪器对畸变波形的响应能力较差，即使计量没有问题，测量值也可能产生比较大的偏差。

6 结语

实验室能力验证是判定实验室技术能力和维持其技术能力的重要依据之一，也为实验室提供了有效的外部质量控制，更是作为内部质量控制程序的补充。通过能力验证直接展示了实验室技术能力，提高了可信度。

[1]中国实验室国家认可委员会.ISO/IEC 17025：2005 [S].北京：中国标准出版社，2005.

[2]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-RL02：2007 [S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]全国法制计量技术委员会.JJF 1117-2010 [S].北京：中国计量出版社，2010.

[4]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL02：2006 [S].北京：中国标准出版社，2006.

[5]Asia Pacific Laboratory Accreditation Cooperation.APLAC PT002：[S].Sydney：2008.

[6]International Organization for Standardization.ISO 13528：2005 [S].Geneva：2009.