电工电子产品高、低温试验能力验证测试关键点分析
时间：2023-01-23 14:05:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
苏淑华，朱珈，张宗取
（威凯检测技术有限公司，广州 510663）
能力验证与现场评审作为中国合格评定国家认可委员会（英文缩写：CNAS）对合格评定机构能力进行评价的两种主要方式[1]，其重要性显而易见。能力验证的目的是评价实验室从事特定检测或测量的能力，监视实验室的持续能力。
能力验证旨在通过试验的再现性和可比性，识别实验室间的差异、存在的问题，使其质量控制得到有效的保障。高、低温试验是确保产品的环境适应性和使用可靠性的重要手段。因此，进行高、低温试验能力验证对实验室试验质量控制非常必要。
1.1 依据标准
高、低温试验能力验证依据标准分别为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》和GB/T 2423.1-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验A：低温》。
1.2 试验方法的选择
高、低温试验能力验证样品为非散热高、低温试验测试盒，试验方法分别采用试验Bb：非散热试验样品温度渐变的高温试验及试验Ab：非散热试验样品温度渐变的低温试验。
高、低温试验能力验证作为电气领域能力验证开发较早的成熟项目，从人员对标准的理解、测试方法的掌握、设备的使用以及设备的校准等方面进行综合考核。
2.1 测试方法
1）按图1所示的线路连接样品，试验供电电源：220 V±5 %，～50 Hz±1 %；
图1 线路连接图
2）样品放置在试验箱外，将样品感温探头放入试验箱中，进入试验箱的毛细管长度大于700 mm，且毛细管不能被覆盖；
3）接通电路，开启试验箱，从常温开始升温或降温，观察指示灯状态，至指示灯熄灭，记录试验起始和结束时间、试验起始温度和指示灯熄灭瞬间样品的动作温度。
2.2 人员因素
人员是能力验证活动的关键，人员的技术能力水平是测试数据准确性的重要因素。实验室需要选用具备相关能力要求的人员，并对授权人员进行监控，以确保人员能力的持续满足。
1）标准的理解：对GB/T 2423.2和GB/T 2423.1标准条款的充分理解，比如：标准5.1总则“试验箱内的温度变化速率不应超过 1 K/min（不超过5 min时间的平均值）[2,3]。”
2）设备的选用：参加能力验证需要选用精度比较高的试验设备，对于高、低温试验能力验证，选用各个校准温度点的温度偏差、温度均匀度、温度波动度小的试验箱，测试结果准确性更加有保障。
3）设备的操作：测试人员应掌握试验设备工作原理，并能熟练地操作设备，正确布置样品及感温探头在试验箱的位置，并及时读取测试数据，避免读数延时影响测试结果的准确度。
2.3 温变速率
GB/T 2423.2和GB/T 2423.1标准5.1条款的要求：试验箱内的温度变化速率不应超过1 K/min（不超过5 min时间的平均值）”，这是考核的一个关键点。
试验箱内部的温度点与箱体的温度偏差、温度均匀度、温度波动度都有关系，要使箱内温度点更真实反映样品的设定温度值，在试验箱升温或降温过程中，需对温度变化速率进行控制。过快的温度变化速率，箱体内部温度没有足够的时间达到均匀，加上温度传递的滞后，容易造成测试的结果与设定的温度值存在偏差，因此，试验过程中箱内温度变化速率应不超过 1 K/min（不超过5 min时间的平均值）。
本文对2020年和2021年高、低温试验能力验证计划温度变化速率对结果影响进行统计分析，详见表1和表2。
表1 温度变化速率对高温试验能力验证计划离群结果的影响统计
表2 温度变化速率对低温试验能力验证计划离群结果的影响统计
从表1和表2统计结果可以得出，温度变化速率是影响高、低温试验能力验证测试结果的重要因素之一，特别是对高温试验影响较大, 温度变化速率大于1 K/min的实验室，其结果离群的几率较高，4个批次中有3个批次的离群率在50 %上下。同时，从以上的统计结果可以得出，测试过程中的温度变化速率不是测试结果的唯一影响因素，测试结果离群除了控制好试验箱内温度变化速率之外，还有其他因素需要重点考虑。
2.4 测试布局
高、低温试验能力验证另一个重要考核点是测试人员对试验箱空间温度场分布状况的综合考虑。试验箱内部的布置是影响测试结果的另一个关键因素，主要考核实验室是否充分考虑试验箱空间温度场分布状况，以及选择准确读取试验箱温度的方式，从而较为全面地考核实验室对温度箱使用的能力。
本方案的高、低温试验能力验证是一个温度变化的动态测试，在升温/降温过程中，箱体内部因为热风/冷风的传递流动会形成一定的温度梯度，因此，试验样品感温探头在试验箱内部的不同位置会导致测试温度的差异。
为了验证试验箱空间温度场分布的情况，本文随机选取了一个高温试验能力验证样品，采用了有效容积为1 m3的试验箱，试验过程中的升温速率设置为1 ℃/min，试验外接温度巡检仪，在试验箱内布置了5个热点偶采集温度，如图2所示，测试结果如图3。
图2 热电偶采集温度在试验箱内的布置图
图3 热电偶采集器5个通道测试结果
从测试结果分析，热电偶采集器的通道1（样品感温探头）和通道3（试验箱传感器）温度值比较接近，由此可见，通过箱体自带温度显示值读取结果的，样品感温探头放在接近试验箱传感器位置会更为准确。这是由于箱体内部热风传递形成一定的温度梯度，箱内不同位置动作温度存在一定的差距，因此，测试时需根据箱子的具体情况选择样品感温探头在试验箱内的最佳位置，避免因感温的偏差造成测试结果的不满意。对于试验箱比较大，样品的感温探头无法放在靠近箱子温度传感器的位置时，或者试验箱的温度均匀度和温度波动度较大，两者情况都可以考虑增加数据采集器读取样品动作温度，从而使测试结果更加准确。
2.5 读取方式
为了验证采用箱体自带温度传感器和外接温度巡检仪两种方式测试读取样品动作温度的差距，本文随机抽取了三个低温试验能力验证样品，选用有效容积为1m3的试验箱，样品感温探头均放置于试验箱内几何中心位置。采用两种不同的方式读取测试结果：第一，测试样品动作温度的读取方式为试验箱自带温度显示值，结果数据如表3；
第二，采用外接温度巡检仪读取动作温度的方式，将温度巡检仪的热电偶与试验样品的感温探头放在一起进行测试，结果数据如表4。
表3 采用箱体自带传感器测试样品动作温度的结果数据
表4 采用外接温度巡检仪测试样品动作温度的结果数据
从以上两个表的结果数据可以得出，低温试验采用外接温度巡检仪比箱体自带温度显示值测试的样品动作温度基本上低1 ℃左右，从测试数据可以得出采用外接温度巡检仪读取的动作温度更接近样品设置的温度值。所以，在测试前实验室应根据试验箱的具体情况选择合适的读取方式，以确保测试结果的准确性。
2.6 设备选择
高、低温试验箱体的选择，可以从以下几个方面加以考虑：温度箱的有效容积、试验设备的精度、试验箱的校准。
1）温度箱的有效容积
在相同的条件下，容积小的温度箱比大容积的更好控制箱内的温度。一般情况下，容积小的试验箱内温场较稳定、温度梯度较小。不过由于各个实验室检测对象不同，所需的箱体容积要求也不一样，当使用大容积的试验箱测试高、低温试验样品的动作温度时，最好外接温度巡检仪，将热点偶与样品感温探头放在一起采集其动作温度，避免因箱内温度场的影响造成测试结果的离群。
2）试验设备的精度
能力验证的目的是验证实验室的技术能力，实验室要获得准确的测试结果，除了有效理解标准、充分掌握测试方法，正确使用试验设备，同时，采用精确度高的试验设备对能力验证是至关重要的，这也是对实验室各方面能力的综合考核。
3）试验设备的校准
实验室对温度箱做校准计划时，建议对尽可能多的不同温度点地进行校准，使高、低温测试动作温度在校准的覆盖范围，作为测试结果的参考，必要时根据试验箱的校准结果进行修正。此外，实验室应该选择有相应资质的校准机构进行校准，并严格核对各校准指标，确保校准结果的准确度和可信度。
能力验证作为实验室外部质量控制的重要手段，旨在通过合理、全面的方案，有效地考核实验室对标准的理解应用，测试方法的掌握，试验设备的选择与应用，人员能力等多方面，验证实验室的综合能力；
识别实验室中存在的问题，制定相应的补救措施，有效地提高实验室的技术能力；
持续监测实验室的能力。
