新能源汽車實驗室測量不確定度研究

陳森 潘濤

摘 要：針對于我司新能源汽車實驗室測試技術管理發展戰略，為滿足新能源汽車關鍵零部件檢測的需要，旨在向公眾客戶提供包括檢測結果的不確定度在內的詳細測試信息，依據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的要求，制定了本實驗室測量不確定度評定的程序文件。

關鍵詞：新能源汽車；測試技術；測量不確定度

0 引言

以電能作為主要動力源的新能源汽車或將成為環保交通產業的發展趨勢，而發展新能源汽車也必將提出車輛質量檢測的新的要求。但如今，由于我國新能源汽車產業的發展較歐美日等發達國家來說起步較晚，技術不成熟，存在著許多諸如檢測的標準依據不足，無統一、規范可靠的質量檢測方法，檢測人員技術與經驗不足等問題，嚴重影響了我國新能源汽車檢測的有效實施。因此，引入不確定度評定概念，建立測試不確定評定程序，對提高檢測質量，為公眾社會和客戶提供更準確可靠的檢測數據與檢測結果有著重要意義。

1 測量不確定度評定方法的建立

1.1 測量方法

簡要地描述測量方法和原理，可以把被測量的定義及測量過程的描述作為補充。

1.2 數學模型

測量結果的計算公式，為

（ 、 、…、 ） （1-1）

求出靈敏系數 ，為

（1-2）

在建立數學模型時盡可能使各分量互不相關，否則在標準不確定度合成時要引入相關函數分量，計算較復雜。例如當出現（t1、t2）時不要用同一支溫度計測量t1和t2，否則t1和t2即為相關量。

1.3 標準不確定度分量的來源分析

導致不確定度的來源一般有：

1）被測量定義的不完整程度；2）復現性較差，即被測量的測量方式方法不可靠；

3）樣品取樣不具有代表性，即被測樣品不足以代表被測量；4）模擬式儀器讀數存在著人為偏移；5）測量儀器誰二逼的技術性能（如靈敏度、分辨力、死區和穩定性等）的局限性與不完整性；6）使用的測量標準以及標準物質的不確定度；7）引入的數據結果或其他有影響的參量的不確定度；8）近似與估計測量方法和測量程序；9）使用同一條件觀測被測量在重復中的變化等。

標準不確定度的來源分析應緊扣數學模型逐條列出，做到不遺漏、不重復。

2 標準不確定度分量的評定

根據不確定度分量來源的分析和獲取信息的方式確定采用A類或B類評定方法評定。

2.1 標準不確定度分量的A類評定方法

對被測量進行獨立重復觀測，通過所得到的一系列測得值，用統計分析方法獲得實驗標準偏差 ，當用算術平均值 作為被測量估計值時，被測量估計值的A類標準不確定度按公式（2-1）計算，為

（2-1）

A類標準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。

最小二乘法需要對數據進行復雜的變化與處理，過程繁瑣不便，針對某些特殊情況處理，較少使用。

2.2 標準不確定度分量的B類評定方法

標準不確定度分量的B類評定，一般來說它是借助于一切已知的產生誤差影響的具有評定可靠性與準確性的有關信息，從最大的可能偏差估計折算得到的。由于B類的不確定度評定過程主要依賴于技術人員綜合以往的信息和相關的技術資料等，因此B類不確定度評定往往展現出較多的特殊性與經驗性，對于不同的檢測技術人員對同一樣品的評定方式方法不盡相同，主要突出表現在B類不確定度分量自由度的評估方面。

這些信息可出自于：

a）曾經進行過的測量數據；b）了解相關技術資料狀況，對使用與操作的測量儀器設備性能特征的經驗；c）由生產部門提供的原始技術文件；d）檢定檢驗證書以及其他相關正規文件所提供的信息數據；e）質量手冊、作業指導書以及其他國內外公開的技術資料明確列出的參考數據及其測量不確定度；f）國家標準或類似國內外技術文件中給出的重復性限γ或復現性限R。

B類不確定度分量的合理評估主要依賴于對所定義 的置信區間的波動范圍及正確理解它所遵守的分布特征特性，B類不確定度數值大小，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準不確定度評估過程，做到不重復不遺漏，應用列表的方法，綜合列出標準不確定度分量一覽表。

3 合成標準不確定度評定

3.1 合成標準不確定度

合成標準不確定度：即由在一個測量模型中各個標準測量不確定度分量按一定方式組合合成得到的標準不確定度。

合成時需要注意遵守各分量既不重復又不遺漏的原則，但對某些影響可以忽略不計的影響因子的分量可以不考慮（應予說明）。

3.2 數值大小的合成

當測量結果是由若干個影響因素的分量計算得出時，測量結果的標準不確定度計算是等于各個影響參數的輸入分量的方差值與相應輸入分量協方差估計值平方和的正平方根，為

（3-1）

式（3-1）中， 是所求的被測量在測量點（ 、 、…、 ）附近的微小波動變化值的方差的估計值。

本程序規定，測量點的選取是在所產生影響的各分量的最佳估計值 上； 定義為被測量 ，其取決于各輸入分量變化的靈敏度系數；R定義為相關項，當 相關時，需計算R的值。

如果測試結果的各輸入分量相互間獨立不產生影響時，R=0，則其合成標準不確定度的計算可簡化，結果等于各分量標準不確定度的平方和的正平方根，為

（3-2）

4 擴展不確定度

4.1 擴展不確定度的計算

擴展不確定度 的計算方法是由合成標準不確定度乘以覆蓋因子 得出，為

（4-1）

一般直接取 或 。

注：1）采用本方案提供擴展不確定度時，需明確指出k的大小；

2）一般地，如無明確說明， 相當于95%的概率， 相當于99%的概率。

擴展不確定度的量值結果一般只取2位有效數字，原則上其他小數位只進不舍。

4.2 測量結果的表述

例如被測量含量為 ，測量結果為 ， ，取包含因子 ，則測量結果表示為

； （4-2）

5 結論

測量不確定度評定是評價測量系統以及檢測質量的重要特征指標，也是新能源汽車檢測實驗室質量控制過程中最為重要的一項。隨著全球經濟一體化進程的不斷加速，對國際間實驗室的檢測數據的可比性提出了更高的要求，新能源汽車關鍵部件檢測統一定量評價測量結果的質量愈加重要。因此，解決在新能源汽車質量檢測結果中的測量不確定度理論的實際應用問題，順利開展檢測實驗室測試工作，為提高測量不確定度評定理論在新能源汽車檢測質量中起到借鑒和指導作用。

參考文獻

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（作者單位：徐州徐工汽車制造有限公司）