環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)與不確定度分析

摘要：環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的性能在出廠之前要進(jìn)行性能檢驗(yàn)，投入使用以后，也需要定期的對(duì)其性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)。其中需要校驗(yàn)的項(xiàng)目比較多，本文依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范規(guī)定的測(cè)量步驟和方法，就環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法、檢測(cè)過(guò)程、檢測(cè)特點(diǎn)及檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的不確定度進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并指出檢測(cè)過(guò)程中部分需要注意的事宜，以供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境溫度；實(shí)驗(yàn)設(shè)備；不確定度

中圖分類號(hào):X85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

環(huán)境溫度的檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備

1.1 環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的作用

環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備主要是用于電工電子產(chǎn)品的老化耐久性試驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品的種子發(fā)芽試驗(yàn)、醫(yī)藥行業(yè)的菌數(shù)培養(yǎng)等。

1.2 環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的分類

可以按照以下標(biāo)準(zhǔn)大致的分為兩類：

（1）溫度試驗(yàn)設(shè)備，其試驗(yàn)介質(zhì)為空氣，包括：干燥箱、高低溫實(shí)驗(yàn)室、蒸汽滅菌箱等；

（2）環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，其基本控制參數(shù)可為溫度和濕度，包括：交變濕熱試驗(yàn)箱、腐蝕氣體試驗(yàn)箱等。

環(huán)境溫度的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)以下兩個(gè)規(guī)范：

JJF 1101—2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》

GB/T 5170—1995《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》

環(huán)境溫度的檢測(cè)方法及過(guò)程

3.1 環(huán)境溫度的檢測(cè)方法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范都有明確的規(guī)定溫濕度測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和傳感器的安裝位置、溫濕度測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取時(shí)間和條件以及次數(shù)。如GB/T 5170.2-2008，GB/T 5170.5-2008 及JJF 1101-2003都規(guī)定：“設(shè)備容積大于2msup3; 時(shí)，溫度測(cè)量點(diǎn)為15 個(gè)，相對(duì)濕度測(cè)量點(diǎn)為4 個(gè)；容積小于2msup3; 時(shí)，溫度測(cè)量點(diǎn)為9 個(gè)，相對(duì)濕度測(cè)量點(diǎn)為3 個(gè)”。通常可以將設(shè)備的工作空間分為三個(gè)上下結(jié)構(gòu)的層面，且按照工作空間的實(shí)際體積對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行選擇。在布置過(guò)程中須知，通常將濕度傳感器置于設(shè)備的幾何中心，如果不在幾何中心，也要保證保證濕度傳感器在設(shè)備內(nèi)的均勻分布；所有測(cè)量點(diǎn)距離設(shè)備內(nèi)壁不能大于500㎜或是小于50㎜，通常取其工作室邊長(zhǎng)的十分之一。

3.2 環(huán)境溫度的檢測(cè)過(guò)程

首先要考慮設(shè)備的開機(jī)工作狀態(tài)，具體操作：接通電源后，首先設(shè)定事先已確定的溫度，設(shè)備空間的溫度在一定的時(shí)間內(nèi)單調(diào)遞增或單調(diào)下降；達(dá)到所設(shè)定的值后，溫度將會(huì)發(fā)生周期性的變化，與此同時(shí)振幅在逐漸變小，觀察到這一現(xiàn)象時(shí)，就可以開始進(jìn)行測(cè)量。事實(shí)上，國(guó)際上技術(shù)規(guī)定里明確的指明了，只有設(shè)備空間達(dá)到所設(shè)定的溫度并穩(wěn)定兩個(gè)小時(shí)以后才能開始檢測(cè)，但理論在實(shí)際的應(yīng)用中都是有一定程度上的局限的。實(shí)際檢測(cè)中檢測(cè)的時(shí)間有限，每臺(tái)環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備都要兩個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間的話，那是極其的沒(méi)有可行性的。所以可以根據(jù)常規(guī)的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)處理，一般情況下，沒(méi)有負(fù)荷的恒溫箱在穩(wěn)定四十分鐘后就基本達(dá)到了熱平衡的狀態(tài)，認(rèn)為可以開始進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)然，如果設(shè)備的溫度波動(dòng)比較劇烈的話，可以多等一些時(shí)間。

檢測(cè)過(guò)程持續(xù)半個(gè)小時(shí)左右，每?jī)煞昼妼?duì)所有測(cè)量點(diǎn)的溫度進(jìn)行一次記錄。在得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以后，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)精確的計(jì)算，得出溫度數(shù)據(jù)的偏差、均勻度和波動(dòng)度等，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可獲取所設(shè)定溫度下試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和性能。

環(huán)境溫度的檢測(cè)技術(shù)核心

和所有的工程技術(shù)和工程設(shè)備一樣，保證環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)的準(zhǔn)確性，最關(guān)鍵的還是選用的電測(cè)系統(tǒng)和掃描開關(guān)自身設(shè)計(jì)生產(chǎn)的高精密度和使用過(guò)程中的維護(hù)和保養(yǎng)。溫度傳感器推薦使用A 級(jí)Pt100鉑熱電阻，，電測(cè)儀器用六位半的數(shù)字多用表。使用前還要對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確度的檢測(cè)，誤差和精確度均不能超出允許的范圍方可使用。使用過(guò)程中還要實(shí)時(shí)的檢查是否有溫度傳感器損壞或接觸不良的發(fā)生，或是數(shù)據(jù)發(fā)生明顯異常等。如若發(fā)生，須立即進(jìn)行檢修或是更換。

環(huán)境溫度檢測(cè)過(guò)程中的不確定度分析

各個(gè)國(guó)家對(duì)于環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)都有出臺(tái)相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中就包括上文提及的JJF 1101—2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》和GB/T 5170—1995《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》，這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中都明確的指出了在環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)設(shè)備中所要遵循的過(guò)程和程序。并要求檢測(cè)設(shè)備的不確定度不能大于被測(cè)具體參數(shù)允許偏差的三分之一。檢測(cè)中所用標(biāo)準(zhǔn)儀器包括：轉(zhuǎn)換開關(guān)、數(shù)字多用表、精密鉑電阻溫度計(jì)等，這些儀器雖然精密度高，但不可避免的也會(huì)產(chǎn)生部分誤差，且會(huì)在某些具體的條件下放大到影響測(cè)試結(jié)果的地步。

溫度測(cè)量系統(tǒng)不確定度來(lái)源主要包括以下幾個(gè)部分：

5.1 來(lái)源于精密鉑電阻溫度計(jì)的不確定度

（1）精密鉑電阻溫度計(jì)的年穩(wěn)定性：取用A級(jí)工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)，取其均勻分布，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可計(jì)算得為12。

（2） 精密鉑電阻溫度計(jì)分度的不確定度：取用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻對(duì)精密鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行分度檢定，由此得到的不確定度為12.

（3） 精密鉑電阻溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)：精密鉑電阻溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)大約為20秒，相對(duì)于工作空間的溫場(chǎng)而言很小，此項(xiàng)可忽略不計(jì)。

5.2 來(lái)源于數(shù)字多用表的不確定度

六位半的數(shù)字多用表，300℃時(shí)阻值大約在210Ω左右，準(zhǔn)確度可計(jì)算得為0.031Ω，取其均勻分布，由此引起的不確定度可計(jì)算得為12.

5.3 總體的不確定度

對(duì)各項(xiàng)不確定度根據(jù)統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行有效合成，經(jīng)計(jì)算可得u=0.08℃，有效自由度為36，擴(kuò)展不確定度為0.16℃。

結(jié)語(yǔ)

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是進(jìn)行科學(xué)正確的試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)，是在試驗(yàn)中獲取有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵所在，對(duì)這些環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行出廠前的檢測(cè)和使用中時(shí)適時(shí)的校驗(yàn)是非常有必要的。因此，本文對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)過(guò)過(guò)程中具體理論與操作細(xì)節(jié)的討論也是有理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用意義的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金志軍.環(huán)境溫度試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)與不確定度分析[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理，2005，（3）

[2] 《GB/T 5170電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》