车身循环腐蚀试验测量不确定度的评定

肖毅川，姚向军，王 蒙，汪 洋 （北京奔驰汽车有限公司研发一部，北京 100176）

0 引言

为了保证在线产品的防腐蚀性能，需要对每条喷漆线的产品定期进行“生产质量确认”试验，包括各类材质的标准试板试验以及整车车身的试验，试验方法包括循环腐蚀试验、CASS（铜加速醋酸盐雾）试验、大气曝露试验以及其他的一些机械性能试验（TMP）等。目前厂内有两个喷漆车间，分别进行不同车型的喷漆工作。根据目前的日产量，两个车间每年至少各需进行4次“生产质量确认”试验。故对试验项目测量结果的不确定度进行评价就显得尤为重要。本研究以某款在产车型车身的循环腐蚀试验［4-5］结果作为测量不确定度评定的对象，试验基于《腐蚀试验数据测量及评价作业指导书WI-R3TD0010-15》（试验室作业指导书）对划痕数据进行测量，并结合JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》［6-8］计算和评定测量不确定度。

1 试验部分

1.1 测量过程概述

试验前进行一次盐雾沉降量均匀度测试，观察量筒收集的沉降后的盐水量是否在合格范围内，然后在车身13处不同部位划出长度约10 cm、宽度1 mm的标准划痕，按照标准完成试验循环后，在划痕的长度方向上平均取10个点（两端空出约0.5 cm），在每个点的宽度方向上测量其腐蚀扩展量，然后根据公式计算其平均值，得到这个部位的单边腐蚀扩展量。通过建立不确定度分析模型进行计算和评定之后，作出不确定度报告。

1.2 不确定度分析数学模型的建立

划痕腐蚀量不确定度“鱼骨图”见图1。

图1 划痕腐蚀量不确定度“鱼骨图”Figure 1 The fish bone map for uncertainty of scratch corrosion amount

通过对试验过程进行分析，建立划痕腐蚀单边扩展量的数学模型：

其中，L—最终的报告值，L0—划痕扩展量的测定值，αL0—修正值，α—修正系数，且：

1.3 盐（氯化钠）溶液配制过程中引入的相对不确定度uBYre（lY）

对盐溶液结果可能造成影响的因素主要有以下几个方面：

（1） 称量氯化钠引入的相对不确定度uBY1rel（m）

称取6 kg［uBY1（m0）］氯化钠晶体，将其配制成质量分数为1%的氯化钠溶液。所使用的电子秤的不确定度涉及两方面：

① 电子秤最大允许误差引入的不确定度：查该电子秤说明书最大允许误差为0.02 kg。取均匀分布，包含因子

② 电子秤分辨率引入的不确定度：查该电子秤说明书分辨率为0.05 kg，半宽0.025 kg。取均匀分布，k=

合成不确定度分量，得到称量的标准不确定度：

相对不确定度为：

（2） 氯化钠纯度引入的要对不确定度uBY2rel（P）

相对不确定度为：

（3） 盐水罐溶液量测量最大允许误差引入的相对不确定度uBY3rel

查该盐水罐说明书，其测量最大允许误差为1%。取均匀分布，

合成各分量不确定度，得到盐水溶液的标准相对不确定度为：

1.4 盐雾沉降引入的相对不确定度uBrel（Q）

查说明书得知，控制舱内盐雾喷洒量的流量计的误差为2.5%，取均匀分布，则：

1.5 pH测量引入的相对不确定度uBrel（pH）

pH计的使用是为了验证收集到的溶液趋于中性（pH≈7.0），其不确定度包括分辨率和最大误差两方面：

（1） pH计分辨率引入的不确定度

查说明书得知该仪器分辨率为0.01，半宽0.005，取均匀分布，则：

（2） pH计最大误差引入的不确定度

合成不确定度分量，得到pH计的标准不确定度为：

相对不确定度为：

1.6 重复测量引入的不确定度（A类）uArel（U）

在工作间常温环境下，对样品某处划痕的某个点的腐蚀扩展量重复测量10次，所得结果如表1所示。

表1 样品划痕扩展量测试结果Table 1 Test results of scratch expansion value of sample

根据粗大误差的剔除规则，发现此数据列中并无粗大误差，故求此数据列的平均值：

使用贝塞尔公式计算单次测量试验的标准差：

由于实际检测中，规定重复检测10次，所以U的A类标准不确定度uA（U）为：

样品划痕腐蚀扩展量的相对不确定度为：

1.7 仪器和读数引入的不确定度（B类）uBrel（l）

（1） 游标卡尺最大允差引入的不确定度

查该游标卡尺说明书，其最大允差为0.05 mm。取均匀分布，

（2） 游标卡尺读数分辨率引入的不确定度

查该游标卡尺说明书，其分辨率为0.02 mm，半宽0.01 mm。取均匀分布，

合成不确定度分量，得到测量的标准不确定度为：

由于测量值中最小值为1.82 mm，则其相对不确定度为：

1.8 合成不确定度与扩展不确定度

在不确定度评定时，已凭经验将一些不确定度分量以及一些数值很小、对结果影响较小的不确定度分量剔除，将各不确定度分量列于表2中。

由于各个不确定度分量均相互独立，故可合成各相对标准不确定度分量：

合成标准不确定度为：

取正态分布，置信区间95%，包含因子k=2，则扩展不确定度U为：

结果报告：

白车身第j处单个划痕的单边腐蚀扩展量为：

表2 测量不确定度分量表Table 2 Measurement uncertainty subscales

2 结果及分析

由于划痕初始宽度为1 mm，对于此处的材料，经查试验标准及作业指导书，其合格范围限值为2 mm。对于本次划痕单边扩展量的测量结果，考虑其不确定度，发现测量结果落在安全范围之外的概率为零，可以判定结果合格，如图2所示。

图2 考虑不确定度的测量结果评定图Figure 2 Result evaluation figure with consideration of the measurement uncertainty

如果假设测量结果为1.95 mm，考虑不确定度之后有小部分概率测量结果可能落在安全范围之外，故存在一定风险；如果有一定概率测量结果为2.05 mm，考虑不确定度之后仅有小部分概率测量结果可能落在安全范围之内，有一定概率此测量结果仍合格，但风险较大；若测量结果为2.15 mm，考虑其不确定度之后，发现测量结果落在安全范围内的概率为零，故可以判定结果不合格。从这几项假设中可以看出：测量不确定度的评定有着很重要的意义，特别是当分析结果处于产品质量标准的临界值时，更应该给出测量结果的不确定度。

3 结语

（1） 本次不确定度分析基于传统不确定度分析方法，综合考虑人（读数误差）、机（仪器误差）、料（盐溶液的配制）、法（重复测量）、环（pH及沉降量）等因素带来的不确定度（不确定度的分量），建立了试验的数学模型并分析试验的因果关系，对某款在产车型的车身循环盐雾腐蚀试验结果进行不确定度评定，其从计算到合成简洁直观，有效保证了试验结果的准确性，同时也为试验室CNAS（中国合格评定国家认可委员会）在试验方法方面的审核做好了准备工作。

（2） 不确定度的评定从根本上改变了将测量误差分为随机误差和系统误差的传统分类方法，它在可修正的系统误差修正以后，将余下的全部“误差”划分为可以用统计方法计算的A类分量和用其他方法估算的B类分量两类“误差”。A类分量用多次重复测量以统计方法算出的标准偏差来表征，而B类分量用其他方法估算出近似的“标准偏差”来表征，并可像标准偏差那样去处理。若上述分量彼此独立，通常可用方差合成的方法得出合成不确定度的表征值。但由于不确定度是未定误差的特征描述，故不能用于修正测量结果。

（3） 测量不确定度的评定对检测及校准试验室有着重要意义。因为不确定度能够反映测试结果的可靠度和精确度，同时其还能够对试验要素起到指导性的作用，包括接受测量任务时根据不确定度选择合适的仪器及试验环境，还包括在试验过程和试验后对不确定度数值与成因进行分析，找到影响试验精度的因素并加以校正。总之，对测量不确定度的研究是试验室发展至关重要的课题之一。

［1］施昌彦. 测量不确定度评定与表示指南［M］. 北京：中国计量出版社，2000.

［2］谢少锋. 测量系统不确定度分析及其动态性研究［J］. 中国计量学报，2002（7）.

［3］陆永丽，孙承君.盐雾试验中的测量不确定度［J］.安全与电磁兼容，2013（3）：87- 90.

［4］GB/T 10125—2012 人造气氛腐蚀试验 盐雾试验［S］.北京：国家质检总局，国家标准化管理委员会，2012.

［5］VDA233-102：Cyclic Corrosion Testing of Material and Components in Automotive Construction［S］.Verband Der Automobil Industrie.e.v，2013.

［6］JJF1059.1—2012.测量不确定度评定与表示［S］.北京：国家质检总局，2012.

［7］CNAS-CL07—2011.测量不确定度的要求［S］.中国合格评定国家认可委员会，2011.

［8］CNAS-GL05—2011.测量不确定度要求的实施指南［S］.中国合格评定国家认可委员会，2011.