陳森 潘濤
摘 要:針對(duì)于我司新能源汽車(chē)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試技術(shù)管理發(fā)展戰(zhàn)略,為滿足新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件檢測(cè)的需要,旨在向公眾客戶提供包括檢測(cè)結(jié)果的不確定度在內(nèi)的詳細(xì)測(cè)試信息,依據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求,制定了本實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度評(píng)定的程序文件。
關(guān)鍵詞:新能源汽車(chē);測(cè)試技術(shù);測(cè)量不確定度
0 引言
以電能作為主要?jiǎng)恿υ吹男履茉雌?chē)或?qū)⒊蔀榄h(huán)保交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),而發(fā)展新能源汽車(chē)也必將提出車(chē)輛質(zhì)量檢測(cè)的新的要求。但如今,由于我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展較歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)起步較晚,技術(shù)不成熟,存在著許多諸如檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)不足,無(wú)統(tǒng)一、規(guī)范可靠的質(zhì)量檢測(cè)方法,檢測(cè)人員技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了我國(guó)新能源汽車(chē)檢測(cè)的有效實(shí)施。因此,引入不確定度評(píng)定概念,建立測(cè)試不確定評(píng)定程序,對(duì)提高檢測(cè)質(zhì)量,為公眾社會(huì)和客戶提供更準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)與檢測(cè)結(jié)果有著重要意義。
1 測(cè)量不確定度評(píng)定方法的建立
1.1 測(cè)量方法
簡(jiǎn)要地描述測(cè)量方法和原理,可以把被測(cè)量的定義及測(cè)量過(guò)程的描述作為補(bǔ)充。
1.2 數(shù)學(xué)模型
測(cè)量結(jié)果的計(jì)算公式,為
( 、 、…、 ) (1-1)
求出靈敏系數(shù) ,為
(1-2)
在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)盡可能使各分量互不相關(guān),否則在標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成時(shí)要引入相關(guān)函數(shù)分量,計(jì)算較復(fù)雜。例如當(dāng)出現(xiàn)(t1、t2)時(shí)不要用同一支溫度計(jì)測(cè)量t1和t2,否則t1和t2即為相關(guān)量。
1.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的來(lái)源分析
導(dǎo)致不確定度的來(lái)源一般有:
1)被測(cè)量定義的不完整程度;2)復(fù)現(xiàn)性較差,即被測(cè)量的測(cè)量方式方法不可靠;
3)樣品取樣不具有代表性,即被測(cè)樣品不足以代表被測(cè)量;4)模擬式儀器讀數(shù)存在著人為偏移;5)測(cè)量?jī)x器誰(shuí)二逼的技術(shù)性能(如靈敏度、分辨力、死區(qū)和穩(wěn)定性等)的局限性與不完整性;6)使用的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度;7)引入的數(shù)據(jù)結(jié)果或其他有影響的參量的不確定度;8)近似與估計(jì)測(cè)量方法和測(cè)量程序;9)使用同一條件觀測(cè)被測(cè)量在重復(fù)中的變化等。
標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源分析應(yīng)緊扣數(shù)學(xué)模型逐條列出,做到不遺漏、不重復(fù)。
2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定
根據(jù)不確定度分量來(lái)源的分析和獲取信息的方式確定采用A類(lèi)或B類(lèi)評(píng)定方法評(píng)定。
2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的A類(lèi)評(píng)定方法
對(duì)被測(cè)量進(jìn)行獨(dú)立重復(fù)觀測(cè),通過(guò)所得到的一系列測(cè)得值,用統(tǒng)計(jì)分析方法獲得實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差 ,當(dāng)用算術(shù)平均值 作為被測(cè)量估計(jì)值時(shí),被測(cè)量估計(jì)值的A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(2-1)計(jì)算,為
(2-1)
A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度常使用的方法為:基本方法(貝塞爾公式法),極差法,最小二乘法。
最小二乘法需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的變化與處理,過(guò)程繁瑣不便,針對(duì)某些特殊情況處理,較少使用。
2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的B類(lèi)評(píng)定方法
標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的B類(lèi)評(píng)定,一般來(lái)說(shuō)它是借助于一切已知的產(chǎn)生誤差影響的具有評(píng)定可靠性與準(zhǔn)確性的有關(guān)信息,從最大的可能偏差估計(jì)折算得到的。由于B類(lèi)的不確定度評(píng)定過(guò)程主要依賴(lài)于技術(shù)人員綜合以往的信息和相關(guān)的技術(shù)資料等,因此B類(lèi)不確定度評(píng)定往往展現(xiàn)出較多的特殊性與經(jīng)驗(yàn)性,對(duì)于不同的檢測(cè)技術(shù)人員對(duì)同一樣品的評(píng)定方式方法不盡相同,主要突出表現(xiàn)在B類(lèi)不確定度分量自由度的評(píng)估方面。
這些信息可出自于:
a)曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)的測(cè)量數(shù)據(jù);b)了解相關(guān)技術(shù)資料狀況,對(duì)使用與操作的測(cè)量?jī)x器設(shè)備性能特征的經(jīng)驗(yàn);c)由生產(chǎn)部門(mén)提供的原始技術(shù)文件;d)檢定檢驗(yàn)證書(shū)以及其他相關(guān)正規(guī)文件所提供的信息數(shù)據(jù);e)質(zhì)量手冊(cè)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)以及其他國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的技術(shù)資料明確列出的參考數(shù)據(jù)及其測(cè)量不確定度;f)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或類(lèi)似國(guó)內(nèi)外技術(shù)文件中給出的重復(fù)性限γ或復(fù)現(xiàn)性限R。
B類(lèi)不確定度分量的合理評(píng)估主要依賴(lài)于對(duì)所定義 的置信區(qū)間的波動(dòng)范圍及正確理解它所遵守的分布特征特性,B類(lèi)不確定度數(shù)值大小,為
(2-6)
式中:e為半寬; 為包含因子。
為清晰并有條理的表示標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)估過(guò)程,做到不重復(fù)不遺漏,應(yīng)用列表的方法,綜合列出標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表。
3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
3.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:即由在一個(gè)測(cè)量模型中各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定度分量按一定方式組合合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
合成時(shí)需要注意遵守各分量既不重復(fù)又不遺漏的原則,但對(duì)某些影響可以忽略不計(jì)的影響因子的分量可以不考慮(應(yīng)予說(shuō)明)。
3.2 數(shù)值大小的合成
當(dāng)測(cè)量結(jié)果是由若干個(gè)影響因素的分量計(jì)算得出時(shí),測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算是等于各個(gè)影響參數(shù)的輸入分量的方差值與相應(yīng)輸入分量協(xié)方差估計(jì)值平方和的正平方根,為
(3-1)
式(3-1)中, 是所求的被測(cè)量在測(cè)量點(diǎn)( 、 、…、 )附近的微小波動(dòng)變化值的方差的估計(jì)值。
本程序規(guī)定,測(cè)量點(diǎn)的選取是在所產(chǎn)生影響的各分量的最佳估計(jì)值 上; 定義為被測(cè)量 ,其取決于各輸入分量變化的靈敏度系數(shù);R定義為相關(guān)項(xiàng),當(dāng) 相關(guān)時(shí),需計(jì)算R的值。
如果測(cè)試結(jié)果的各輸入分量相互間獨(dú)立不產(chǎn)生影響時(shí),R=0,則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算可簡(jiǎn)化,結(jié)果等于各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的平方和的正平方根,為
(3-2)
4 擴(kuò)展不確定度
4.1 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算
擴(kuò)展不確定度 的計(jì)算方法是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以覆蓋因子 得出,為
(4-1)
一般直接取 或 。
注:1)采用本方案提供擴(kuò)展不確定度時(shí),需明確指出k的大?。?/p>
2)一般地,如無(wú)明確說(shuō)明, 相當(dāng)于95%的概率, 相當(dāng)于99%的概率。
擴(kuò)展不確定度的量值結(jié)果一般只取2位有效數(shù)字,原則上其他小數(shù)位只進(jìn)不舍。
4.2 測(cè)量結(jié)果的表述
例如被測(cè)量含量為 ,測(cè)量結(jié)果為 , ,取包含因子 ,則測(cè)量結(jié)果表示為
; (4-2)
5 結(jié)論
測(cè)量不確定度評(píng)定是評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)以及檢測(cè)質(zhì)量的重要特征指標(biāo),也是新能源汽車(chē)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制過(guò)程中最為重要的一項(xiàng)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加速,對(duì)國(guó)際間實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)數(shù)據(jù)的可比性提出了更高的要求,新能源汽車(chē)關(guān)鍵部件檢測(cè)統(tǒng)一定量評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量愈加重要。因此,解決在新能源汽車(chē)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果中的測(cè)量不確定度理論的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題,順利開(kāi)展檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試工作,為提高測(cè)量不確定度評(píng)定理論在新能源汽車(chē)檢測(cè)質(zhì)量中起到借鑒和指導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳明燕.我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展環(huán)境分析[J].價(jià)值工程,2012,31(1):52-53.
[2] A.K.Khan.Department of Energy.Power Engineer,Vol.15,No.2,PP.81-85,April 2011.
[3] CNAS-GL02能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南[S].2012,8-18.
[4] 劉亞民.現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理[J].中國(guó)測(cè)量,2008,108-113.
(作者單位:徐州徐工汽車(chē)制造有限公司)