供电电压缓降与缓升试验能力验证实施与探讨

陈宇军，李馨贵，张宗取

（威凯检测技术有限公司，广州 510663）

引言

能力验证[1]是利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价参加者能力的一项活动。作为一种有效的外部质量控制手段，能力验证可促进实验室检测能力和实验室质量控制水平的提升，在提升整个检测行业水平和政府机构的监管中都发挥了重要作用。

有鉴于此，本文结合威凯检测技术有限公司实施的能力验证计划，对已实施的能力验证计划方案和结果评价涉及的技术关键点、影响因素和设计思路进行探讨，以有助于提升实验室道路车辆电气电子设备供电电压缓降和缓升试验的检测能力。

1 能力验证方案设计

1.1 能力验证计划实施过程

能力验证计划实施步骤如图1所示。

图1 能力验证计划实施步骤

1.2 能力验证方案设计原理

能力验证计划旨在以实验室间比对的形式，评价参加实验室的能力和监控行业的整体水平。因此，能力验证计划方案的“样品设计”、“作业指导书”、“结果评价准则”应与能力验证目的相符。

道路车辆电气电子设备供电电压缓降与缓升试验依据标准为GB/T 28046.2-2019的条款4.5[2]，具体测试步骤如下：“对受试设备的有效输入端以0.5±0.1 V/min的线性变化率，将供电电压由Usmin降到0 V，然后从0 V升到Usmax，并判定样品的功能状态是否满足标准的要求”，其中Usmin、Usmax为样品最低、最高供电电压。

根据上述检测标准的描述，该试验对实验室的要求主要是能否输出以0.5±0.1 V/min的变压速率进行Usmin降到0 V，再从0 V升到Usmax的电压波形。为此考虑设计能力验证样品在供电电压缓降阶段时，于供电电压9.0 V时显示屏幕熄灭，在供电电压缓升阶段，于9.6 V时亮起。在“能力验证计划作业指导书”要求参加实验室上报样品的屏幕熄灭到亮起的时间（以下简称“试验时间”）作为试验结果，并根据此结果评价实验室的测试能力。

由于屏幕熄灭的电压U1到再次亮起的电压U2固定，因此试验时间的理论值为：

根据T即可反推出实验室设置的变压速率。

若采用差值D评价实验室结果[3]

式中：

x—参加实验室结果；

xpt为指定值。

标准中升降压速率的允许误差为0.1 V/min，鉴于升降压速率的允许变动范围达20 %，若以此作为评价实验室能力，较为宽松，为了使能力验证能够有效地评价参加者在所处行业中的水平，故以参加实验室结果进行统计分析，即采用Z比分数评价参加者结果[3]。

式中：

σpt—能力评定标准差，其值为参加者结果的“稳健标准差”。

对于Z比分数，当| Z | ≤2 为满意结果；2＜| Z | ＜3为有问题结果；| Z | ≥3为不满意的结果。由于Z比分数的值与σpt有关，即与参加实验室结果有关，故能真切反映参加实验室的能力。

1.3 能力验证样品设计与制备

为保证能力验证样品尽可能与日常检测样品相类似，我们选取了12 V供电系统的“车载空调控制器”作为本次计划能力验证样品，模拟其供电电压在缓降和缓升时工作的性能，该样品在供电电压缓降阶段时，于供电电压9.0 V时显示屏幕熄灭，在供电电压缓升阶段，于9.6 V时亮起。

为顺利实施此能力验证项目，同时确保能力验证中出现的不满意结果不归咎于样品之间或样品本身的变异性，需要对制备的多个能力验证样品进行均匀性和稳定性检验，具体如表1所示。

2 能力验证计划实施

2.1 均匀性和稳定性检验

能力验证计划共16个样品，样品是合格分包方根据计划组织方的要求结合本次计划特点制作和出厂检验的，并由计划组织方进行了均匀性和稳定性检验（见表1），并根据下述评价准则对样品均匀性、稳定性进行判定[4]，所得能力验证样品是均匀、稳定的，确保样品满足能力验证的要求。

表1 样品均匀性和稳定性检验设计

2.2 参加者结果能力评价

根据参加者的结果以算法A[3][5]计算指定值xpt和能力评定标准差σpt如表2所示。

表2 能力验证计划统计量（单位：s）

2.3 影响测试结果的因素分析

2.3.1 供电电源分析

本次试验要求测试供电电压缓降与缓升时间（T），受实验室所采用的供电电源的变压速率的显著影响，无论实验室采用的是程控电源还是汽车电源模拟系统，其变化速率均会受到设备分辨率的影响。

本次试验要求参加实验室将变压速率设置为0.5 V/min，若精确到秒，即为0.008 333 V/s。因此若实验室采用的直流程控电源是以秒为单位来设置变压速率时，则由于上述变压速率对精度要求过高，大大超过了实验室计量时的允许误差，且难以化整，因此便会导致测试结果不准确。

另外实验室采用的供电电源，若不是由稳压电源进行供电，则受到市电波动性的影响较大，亦会影响测试结果。若实验室对供电电源进行校零时，示值不为零，电源的实际输出电压与示值电压依旧存在差异，且该差异一般无法确定。从而对试验结果产生显著影响。

2.3.2 读数时机问题

从调查表中可以看出，有些实验室采用秒表和万用表读取时间和电压；有些试验室从示波器中读取时间和电压，但从测试实物图中可以看到，较多的试验室仅在示波器上跟踪电压。像上述两种情况，其读数的时机便显得相对主观。比如，若通过视觉观察屏幕熄灭或亮起作为读数时机，则误差较大，且误差不仅源自人员读数时的延迟，而且亦和设备的精度有关。

例如，在计时过程中，若用秒表读取时间，则需要考虑屏幕亮起或熄灭到秒表计时关闭的延迟时间。当电压的读数来源于外加电压表时，则其读数也需要经过一定的响应时间才能稳定，并需要考虑精度带来的误差。若从示波器读取电压和时间，则需要考虑示波器内部的误差，许多示波器的精度会随着显示范围的扩大而降低。另外，示波器内部的带宽、存储深度、分辨率都会带来误差。

有些实验室对电流进行了跟踪，并将电流突变的时刻作为读取电压和时间的时机。这种情况下，人员误差如读数延迟等带来的影响便较低，但也需注意示波器的误差，此外还需要注意光标位置的设置对读数的影响。采取此种方法时，也应保证示波器的精度，并注意示波器的示数范围的调整引起误差的变化。

3 总结

本文讨论了道路车辆电气电子设备供电电压缓降与缓升试验能力验证方案实施过程中的关键点，如“能力验证样品设计”、“作业指导书规定的测试方法”和“能力验证结果评价”。能力验证方案的设计充分考察了实验室的测试人员、测试设备、环境及方法等是否满足标准的要求。能力验证方案作业指导书规定的测试方法与依据标准要求一致；能力验证样品符合道路车辆电气电子产品日常检测样品的类别，并具有考核参加者能力的特性值；能力验证结果评价原则的设定旨在检验实验室检测能力、了解整个行业的整体检测水平及自身所处位置，对于结果不满意的参加实验室可以从中发现问题，并采取有效措施进行整改以确保今后日常检测结果的准确性。