鄧洪，李健

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，成都 610036）

引言

高溫試驗(yàn)或低溫試驗(yàn)是一種常見的環(huán)境試驗(yàn)方法，廣泛應(yīng)用在各類平臺(tái)的各種產(chǎn)品中。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定，溫度試驗(yàn)設(shè)備投用前、使用中或重新投用，應(yīng)證明設(shè)備相關(guān)性能滿足檢測(cè)方法規(guī)定。實(shí)驗(yàn)室為了證明設(shè)備性能滿足檢測(cè)方法規(guī)定，通常選擇具有代表性的溫度點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，再將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)方法允差進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)設(shè)備性能是否滿足試驗(yàn)方法要求。

但是，實(shí)際工作中，某些實(shí)驗(yàn)室在使用設(shè)備前，沒有結(jié)合檢測(cè)方法要求進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)，以及忽略了測(cè)量不確定度的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室得出的設(shè)備準(zhǔn)用結(jié)論存在風(fēng)險(xiǎn)，檢測(cè)結(jié)果有效性受到質(zhì)疑。

本文從試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出發(fā)，分析了測(cè)量不確度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響，以及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)允差與校準(zhǔn)結(jié)果的關(guān)系，介紹了如何對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和結(jié)果應(yīng)用，有利于環(huán)境試驗(yàn)質(zhì)量的控制和提高。

1 校準(zhǔn)結(jié)果與測(cè)量不確定度

根據(jù)國家相關(guān)要求，校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)特別是獲得國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，出具的校準(zhǔn)證書應(yīng)給出測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度是用于表征測(cè)量結(jié)果的分布范圍，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差或給定置信區(qū)間的半寬度。不確定度越小，表示測(cè)量結(jié)果的離散性越小，使用價(jià)值越高。反之，則測(cè)量結(jié)果離散性越大，使用價(jià)值越低。測(cè)量不確定度數(shù)據(jù)本身也有一個(gè)指標(biāo)“置信度”，用以表征測(cè)量不確定度數(shù)據(jù)本身的可信度概率。

不同的領(lǐng)域，測(cè)量不確定度與校準(zhǔn)結(jié)果的關(guān)系也不一樣。在環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域，溫度試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果給出的不確定度U屬于擴(kuò)展不確定度，其數(shù)值是一個(gè)半寬度數(shù)值，置信度一般為95 %（k=2）。對(duì)于溫度試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果與測(cè)量不確定度關(guān)系的理解，可將校準(zhǔn)結(jié)果作為一個(gè)中心標(biāo)準(zhǔn)線，再將該標(biāo)準(zhǔn)線分別向兩側(cè)偏移一個(gè)數(shù)值為U的距離，形成一條以校準(zhǔn)線為對(duì)稱軸的帶狀分布，這條帶狀線就是校準(zhǔn)結(jié)果的分布范圍。

因此，在分析溫度試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果時(shí)，可以簡單的認(rèn)為校準(zhǔn)結(jié)果分布范圍為校準(zhǔn)溫度+校準(zhǔn)結(jié)果+測(cè)量不確定度。

2 測(cè)量不確定度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的實(shí)質(zhì)影響

根據(jù)JJF 1101-2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定，溫度波動(dòng)度、溫度均勻度、溫度偏差是溫度試驗(yàn)設(shè)備必須校準(zhǔn)的三個(gè)溫度參數(shù)。

根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，溫度校準(zhǔn)需要采用多個(gè)測(cè)量通道布置在試驗(yàn)設(shè)備工作艙的空間，并在30 min內(nèi)每兩分鐘1次共采集16組數(shù)據(jù)[1]。校準(zhǔn)結(jié)果是建立在多路測(cè)量通道16組測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上。每路測(cè)量通道均有一個(gè)測(cè)量不確定度作為系統(tǒng)不確定度評(píng)定的分量。校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)綜合評(píng)估各測(cè)量不確定分量后，給出一個(gè)擴(kuò)展不確定度作為校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度提供給設(shè)備使用者[2]。設(shè)備使用者在進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)時(shí)，可以用校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度代替測(cè)量通道的測(cè)量不確定度進(jìn)行歸一化處理，即不再考慮不同測(cè)量通道之間的測(cè)量不確定度差異[3]。歸一化處理后，校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響就存在差異。

溫度偏差，是16組測(cè)數(shù)據(jù)中，分別取最大值和最小值，再與標(biāo)稱值進(jìn)行計(jì)算。由于測(cè)量值存在不確定度，標(biāo)稱值沒有測(cè)量不確定度，所以測(cè)量值的測(cè)量不確定度會(huì)傳遞到計(jì)算結(jié)果，即溫度偏差存在測(cè)量不確定度[4]。

溫度均勻度，是16次測(cè)量中，先計(jì)算每次測(cè)量所得最高值與最低值之間的差值，再取16次差值的算術(shù)平均值。由此可見，每次參與計(jì)算的測(cè)量值一定來至于兩個(gè)測(cè)量通道。由于經(jīng)過綜合評(píng)定后，測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量不確定度分量相同，即參與計(jì)算的兩個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量不確定度相同，所以，這兩個(gè)測(cè)量值相減，測(cè)量通道的測(cè)量不確定度相互抵消，不傳遞到最終計(jì)算結(jié)果。因此，溫度均勻度校準(zhǔn)結(jié)果可以不考慮測(cè)量不確定影響。

溫度波動(dòng)度，是某測(cè)量通道全部測(cè)量數(shù)據(jù)中，某一路測(cè)量通道最高值與最低值之間的差值，測(cè)量值來至于同一通道，測(cè)量不確定度相同。因此，兩個(gè)測(cè)量值相減后，測(cè)量不確定度互相抵消，不帶入最終計(jì)算結(jié)果，溫度波動(dòng)度校準(zhǔn)結(jié)果可以不考慮測(cè)量不確定影響。

因此，雖然參與計(jì)算的測(cè)量值存在測(cè)量不確定度，但是經(jīng)過計(jì)算以后，只有溫度偏差需要考慮測(cè)量不確定度的影響，溫度均勻度和溫度波動(dòng)度不考慮測(cè)量不確定度的影響。

3 校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)的誤區(qū)

1）校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)沒有識(shí)別測(cè)量不確定影響

日常工作中，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)時(shí)，容易只對(duì)比溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果與試驗(yàn)允差的差異，沒有引入測(cè)量不確定度進(jìn)行進(jìn)一步分析，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在風(fēng)險(xiǎn)。

例如，實(shí)驗(yàn)室采用某高溫試驗(yàn)設(shè)備依據(jù)GJB 150.3A-2009開展85 ℃高溫試驗(yàn)。查詢?cè)囼?yàn)設(shè)備校準(zhǔn)證書，85 ℃的溫度偏差為+1.8和-1.1，擴(kuò)展不確定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。在GJB 150.3A-2009中，溫度試驗(yàn)允差規(guī)定為溫度偏差不大于±2 ℃[5]。

僅看校準(zhǔn)結(jié)果，該設(shè)備的溫度偏差均滿足GJB 150.1A-2009試驗(yàn)允差要求。但是，引入測(cè)量不確定度影響后，溫度偏差分布范圍變成+1.8±0.3 ℃和-1.1±0.3 ℃，最高偏差可能為2.1，超出了GJB 150.3A-2009允差規(guī)定，試驗(yàn)結(jié)果存在風(fēng)險(xiǎn)。

2）校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)沒有識(shí)別不同試驗(yàn)方法的差異

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備作為一種通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用在各類平臺(tái)，不同平臺(tái)的試驗(yàn)方法可能存在差異，對(duì)溫度偏差的要求也存在差異。實(shí)驗(yàn)室在校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)時(shí)，容易按照常用試驗(yàn)方法進(jìn)行確認(rèn)，忽略了其他試驗(yàn)方法的要求。

繼續(xù)上面案例，實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)上述風(fēng)險(xiǎn)后，通過參數(shù)校正，將該設(shè)備85 ℃溫度偏差調(diào)整為+1.6 ℃和-1.2 ℃，擴(kuò)展不確定度U=0.3 ℃（k=2，置信度95 %）。下面以常用的三個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為例。

在GJB 150.3A-2009高溫試驗(yàn)中，溫度偏差的允差為±2 ℃。由此可見，在考慮測(cè)量不確定度影響后，設(shè)備溫度偏差最大為（-1.5～+1.9）℃區(qū)間，完全滿足GJB 150.3A-2009的允差規(guī)定。

但是，在GJB 360B-2009“方法107溫度沖擊”中，標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定溫度偏差為（0～+3）℃[6]，即85 ℃的實(shí)際試驗(yàn)溫度必須在（85～88）℃區(qū)間。根據(jù)設(shè)備的溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果，設(shè)備設(shè)置溫度為85 ℃時(shí)，實(shí)際溫度可能在（83.8～86.6）℃區(qū)間，下限低于標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定，不滿足試驗(yàn)方法要求。實(shí)驗(yàn)室常見做法是將設(shè)置溫度調(diào)整為86.2 ℃，認(rèn)為即使存在溫度偏差，實(shí)際試驗(yàn)溫度也在（85～87.8）℃區(qū)間，滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求。但是，納入測(cè)量不確定度后，溫度區(qū)間可能在（84.7～88.1）℃，試驗(yàn)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求就存在疑義。在本例中，結(jié)合測(cè)量不確定度后，設(shè)備的溫度偏差跨度為3.4 ℃，超過了標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的3 ℃，故無論如何設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，都不能肯定是否滿足試驗(yàn)方法要求，必須采取其他措施。

同樣，在GJB 1027A-2005高溫試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定溫度偏差為（0～-4）℃[7]，即85 ℃的實(shí)際試驗(yàn)溫度必須在（81～85）℃區(qū)間。根據(jù)設(shè)備的校準(zhǔn)結(jié)果和測(cè)量不確定度，設(shè)備設(shè)置溫度為85 ℃時(shí)，實(shí)際溫度可能在（83.5～86.9）℃區(qū)間，上限高于標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定，不滿足試驗(yàn)方法要求。實(shí)驗(yàn)室需要將試驗(yàn)設(shè)置溫度85 ℃調(diào)整為83.1 ℃，才能保證實(shí)際試驗(yàn)溫度在（81.6℃～85）℃，滿足試驗(yàn)方法規(guī)定。

綜合以上三個(gè)案例，不難發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工作中，同一溫度偏差，在測(cè)量不確定度影響下，是否滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求，采取的解決措施，都存在差異。實(shí)驗(yàn)室如果未能準(zhǔn)確識(shí)別試驗(yàn)方法要求的差異，采取的措施不合理，必然給試驗(yàn)結(jié)果留下隱患。

4 注意事項(xiàng)

首先，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)注意校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)評(píng)定的測(cè)量不確定度合理性。

校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)評(píng)定的溫度校準(zhǔn)參數(shù)測(cè)量不確定度常見為0.2～0.3。個(gè)別校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)因?yàn)榧夹g(shù)原因或規(guī)避自身風(fēng)險(xiǎn)，提供給用戶的校準(zhǔn)報(bào)告中，測(cè)量不確定度可能超過0.3甚至高達(dá)0.6，明顯高于行業(yè)評(píng)定區(qū)間。不確定度偏大，有利于校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)降低，但會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果分布范圍較大，設(shè)備的無風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)用區(qū)間變窄，容易引起用戶對(duì)設(shè)備性能的誤判。發(fā)現(xiàn)這種情況，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)及時(shí)與校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)溝通，確認(rèn)不確定度偏大原因，重新評(píng)定。

其次，校準(zhǔn)結(jié)果影響設(shè)備準(zhǔn)用時(shí)，可以根據(jù)檢測(cè)方法采取措施規(guī)避校準(zhǔn)結(jié)果影響，而不是簡單評(píng)定為能不能用。

根據(jù)現(xiàn)行各類試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)溫度允差的定義為試件周邊的溫度，而不是設(shè)備自身溫度特性，也就是當(dāng)校準(zhǔn)結(jié)果出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)或超差時(shí)，實(shí)驗(yàn)室可通過在試件周邊安裝測(cè)量傳感器，測(cè)試實(shí)際溫度允差。如果實(shí)測(cè)溫度允差滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)備同樣可以用。

必須注意的是，實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量試件周邊溫度時(shí)，應(yīng)重新評(píng)定測(cè)量不確定度，而不是簡單引用校準(zhǔn)報(bào)告提供的測(cè)量不確定度。

5 結(jié)論

溫度試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)結(jié)果中，測(cè)量不確定度是一個(gè)非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果是否有效。在校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)中，合理引入不確定度影響，能有效提高試驗(yàn)結(jié)果的有效性，規(guī)避試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，提高實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)狀態(tài)管理。