高温试验能力验证各参数对结果的影响

俞晨雄 朱顺 / ．上海马陆日用友捷汽车电气有限公司；．摩芮思科技咨询（上海）有限公司

高温试验能力验证各参数对结果的影响

俞晨雄1朱顺2/ 1．上海马陆日用友捷汽车电气有限公司；2．摩芮思科技咨询（上海）有限公司

为科学合理地运用高温试验能力验证结果，采用三种不同容积的试验箱，使用自带和附加温度传感器两种不同读取方式，对能力验证样品进行重复性试验并分析。发现温变速率和读取方式对高温试验能力验证动作温度的影响较大。为高温试验能力验证提供者及实验室合理实施能力验证活动提供参考。

电子电工；温变速率；高温试验；能力验证；动作温度；电气领域

0 引言

能力验证是利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价参加者的能力。能力验证作为重要的外部质量评价活动，寻求并参加能力验证是合格评定机构的责任和义务[1]。具体实施方式为，实施机构向参加实验室发送样品，要求实验室在规定的时间内进行实际检测并报出测试结果，再将所有参加实验室的测试结果进行统计分析，依据每个实验室与其他实验室测试结果的一致性来判定实验室对于指定项目的检测能力。能力验证工作在国际上受到广泛的重视，是认可机构加入和维持国际相互承认协议(MRA)的必要条件之一[2]。

电工电子产品高温试验是电气领域检测实验室最常开展的试验项目之一。根据CNAS文件[3]要求：电气领域检测实验室应进行不低于1次/2 a频率的性能测试子领域能力验证活动。而能力验证机构提供的性能测试子领域能力验证计划或测量审核最常见的就是高温试验项目。以2016年度参加CNAS认可的某能力验证机构提供的高温试验能力验证计划为例，经实验室的数据验证和重复性试验，对影响高温试验能力验证结果的因素进行分析。

1 试验样品

本次能力验证计划提供的试验样品为一个高温试验测试盒，另附一个氖灯作指示灯使用。为避免对测试结果造成影响，能力验证机构（以下简称PTP）要求试验中禁止对样品进行拆卸。另外，导线与导线之间或导线与氖灯之间不允许使用锡焊的方式进行连接。

2 试验标准

试验依据GB/T 2423.2-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温》、IEC 60068-2-2：2007《Environmental testing - Part 2: Test methods - Tests B: Dry heat》以及其他采用或类似以上标准中关于“试验Bb：非散热试验样品温度渐变的高温试验”的要求进行的试验。

3 试验简述

按照图1所示的线路连接样品。供电电源要求：220 V±5%，频率50 Hz±10%。导线横截面积不低于1.0 mm2。样品置于试验箱中心，指示灯置于试验箱外。

图1 样品连接示意图

接通电路，指示灯亮。开启试验箱，自常温开始升温，至指示灯熄灭，记录此时的动作温度，即为高温试验能力验证结果。

4 能力验证结果

本次能力验证给出的中位值X = 60.9 ℃，能力评定标准差σ = 4.411 ℃。能力统计量Z的计算公式如下：

式中：X——能力验证中位值；

x——实验室的能力验证结果报出值；

σ——能力评定标准差

根据能力统计量，能力评价结论[4]为 ：│Z│≤1，结果满意；2 ＜ │Z│ ＜ 3，结果可疑；│Z│≥3，结果不满意。

5 影响因素及分析

5.1 影响因素

高温试验能力验证规定和要求了电源电压、温度箱升温起始温度、连接线束等，但未规定温度箱的升温速率、读取方式、容积等，虽然GB/T 2423.2-2008中规定了高温试验结束阶段的温度变化速率不高于1 K/min，但是并非规定具体的温变速率。针对未规定的三个可能影响因素，实验室采用三种不同的试验箱进行重复性试验，试验箱的部分参数信息见表1。

表1 能力验证用温度箱部分参数

5.2 温升速率

根据能力验证作业指导书，使用表1中所述的三种试验箱，分别进行三次重复性测量，测试结果见表2～表4。结合表2～表4的数据，绘制各试验箱温升速率与测量值的关系曲线，关系曲线见图2～图4。

表2 试验箱A及附加测量系统重复性试验结果

图2 试验箱A及附加测量系统测量曲线

表3 试验箱B及附加测量系统重复性试验结果

图3 试验箱B及附加测量系统测量曲线

表4 试验箱C及附加测量系统重复性试验结果

图4 试验箱C及附加测量系统测量曲线

由图2～图4可以明显看出温变速率和测量值有强相关的线性关系，温变速率越大，测量值（即能力验证测试结果报出值）越大。关系式如下：

式中：T——动作温度；

k——温变速率；

T0——动作温度理论值（该值无法从能力验证试验中获得，因为温变速率无法为0）；

a——最大理论温差（在不高于1 K/min的温变速率下，因温变速率引起的最大理论温差值，因为温变速率无法为0）

由此可见，三个试验箱在不同温变速率下的最大理论温差在3.145～3.557 ℃，其大小约为能力评定标准差σ的80%，可见温变速率对动作温度影响较大。

同时，由图2～图4可以看出动作温度理论值分别为：57.99 ℃、57.88 ℃、57.83 ℃，而本次使用附加测量系统的最大允差为±0.1 ℃。动作温度理论值的波动在最大允差的范围之内，可视为温度理论值是一致的，因此动作温度理论值可作为能力验证结果值。

5.3 读取方式

本次能力验证的读取方式有两种：一种是利用温度箱自带显示屏读取；另一种是采用附加测试系统（如PT100温度传感器）读取。

在进行试验箱B及附加测量系统重复性试验时，同时使用试验箱B的自带显示屏读取动作温度值，重复性测量结果见表5。结合表5和图5，对比试验箱B采用不同读取方式的测量值见表6，不同测量方式之间的差值与温升速率之间的关系曲线见图5。

表5 试验箱B及自带测量系统重复性试验结果

表6 试验箱B采用不同测量方式的差异

图5 试验箱B采用不同测量方式的差异曲线

由表5可见，采用自带显示屏读取的动作温度值，温变速率和测量值有强相关（R2= 0.998）的线性关系，温变速率越大，测量值（即能力验证测试结果报出值）越大。根据式（2），其最大理论温差为6.098 ℃，进而说明无论以何种形式读取测量值，温变速率对动作温度的影响都较大。

由表6可见，采用自带显示屏读取的动作温度值，要高于采用PT100温度传感器等附加测试系统读取的动作温度值。这是由于试验箱产生的需求热量总是先经过试验箱自带温度传感器之后才通过气流流入试验箱腔体内，因而导致了自带显示屏上的温度要高一些，尤其是温变速率大的时候。这种差异可以达到2.81 ℃，其大小约为能力评定标准差σ的64%。可见读取方式对动作温度有一定的影响。

另外，通过温度箱校准证书对温度进行修正后，依旧相差较大。这是由于温度试验箱的校准[5]是在静态的条件下进行的，是在一定时间内恒定后的校准。在这种状况下，温度箱自带温度传感器和腔体中心点的温度相差不大。但是，能力验证的动作温度是动态的，是在温度变化过程中进行测量的，试验箱腔体中心的温度始终处于滞后的状态。

5.4 容积

结合表2～表4，将不同试验箱容积在不同温变速率下的动作温度汇总，如表7所示，并根据表7中的动作温度与温变速率绘制关系曲线，如图6所示。

表7 试验箱不同容积对应的测量结果

图6 试验箱不同容积对应的测量曲线

由图6可见，试验箱不同容积在某一特定温变速率及特定读取方式下，所测动作温度基本是没有变化的。由表7可见，引起的最大温差值为0.57 ℃，其大小约为能力评定标准差σ的13%。可见试验箱容积对动作温度基本没有影响。

综上所述，温变速率和读取方式是影响动作温度的两个重要因素。同时由于各试验箱的容积不同，试验箱自带温度传感器距离样品的位置不同，因此建议在进行高温试验能力验证时，实验室采用附加测量系统（如PT100温度传感器）放置在样品特定位置进行测量。

6 结语

能力验证工作已经越来越受到国际和国内实验室和管理部门的重视。我国的实验室能力验证工作虽然起步较晚，但是经过十多年的努力，已经取得了显著的成就[2]。能力验证的本质是个实验室基于唯一（至少主要影响因素无干扰）且一致的条件下进行比对，以检验实验室能力并提供改进方向。因此，在进行高温试验能力验证时，应采用附加测量系统（如PT100温度传感器）放置在样品指定位置进行测量。在此条件下规定温变速率（如0.5 K/min），或在此条件下各实验室测量动作温度理论值作为能力验证结果报出值。

能力验证是实验室质量控制不可缺少的方式之一，如何有效开展能力验证活动，对实验室提升检测技术能力，以及发掘实验室潜在风险[6]，具有十分重要的意义。

[1]中国合格评定国家认可委员会. CNAS-RL02：2016 能力验证规则[S].北京：2016.

[2]唐凌天，符斌. 实验室能力验证的发展[J].中国无机分析化学，2013，3（4）：11-15.

[3]中国合格评定国家认可委员会. CNAS-AL07:2015 CNAS能力验证领域和频次表[S].北京：2015.

[4]中国合格评定国家认可委员会. CNAS-GL02:2014 能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].北京：2014.

[5]全国温度计量技术委员会. JJF 1101-2003 环境试验设备温度、湿度校准规范[S].北京：中国计量出版社，2003.

[6]朱顺. 基于实例分析的实验室间比对有效性评价[J].理化检验-物理分册，2017，53（2）：123-126.

The in fl uence of high temperature test ability veri fi cation’s various parameters on the results

Y ü Chenxiong1，Zhu Shun2
（1.Shanghai Malu Ri Yong JEA Gate Electric Co.；2. Amaris Technology Consulting Co.）

For scienti fi c and reasonable use of high temperature test ability verification's results. Adopting the three kinds of different volume of test chamber, using own and additional temperature sensor in different reading way, doing repeatability test on the sample and then analysis. The temperature change rate and the way of reading are found to be have great in fl uence on high temperature experiment ability validation action temperature. To provide the reference for high temperature test ability verification provider and reasonable implementation of laboratories’ability veri fi cation activities.

electric and electronic; temperature variation rate; hot test; pro fi ciency testing; operating temperature; electric fi eld