整車研發實驗室設備計量確認及溯源

凌培才 吳艷凱

1. 上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西 柳州 545007

2. 湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司柳州分公司 廣西 柳州 545007

引言

對于以服務整車研發為目的整車研發實驗室，實驗設備管理與常規生產類設備管理有很大區別，除了共同關注的運行效率、安全、質量之外，更要注重的是檢測結果準確性控制。而準確性的控制最直接的手段就是通過有資質的第三方檢定/校準從而完成整條計量溯源的不間斷比較鏈。對于強制檢定的計量器具或計量標準，應該嚴格執行國家在檢定規程或相關的技術法規，這類設備我們這里不做擴展討論。對于國家強制檢定目錄內以外的設備，實驗室選擇校準作為主要溯源手段更為合理，這一類設備占比整車研發實驗室設備種類的90%以上，這里我們針對如何確保這類設備的準確性及有效溯源性進行討論[1]。

1 檢定/校準

凡是作為測量結果，或直接影響測量結果，或出具報告的參數，其計量設備必須進行校準。計量設備只有經校準或檢定，證實其能滿足相應的標準或規范要求后投入使用才能保障數據準確及有效，在下列情況下，儀器設備應進行檢定/校準：

1.1 當測量準確度或測量不確定度影響報告結果的有效性時

1.2 為建立報告結果的計量溯源性的儀器設備

實驗室根據儀器設備名稱、編號、測量范圍、最大允差、溯源方式、檢定周期、檢定有效期(需校準的參數測量范圍準確度或測量不確定度要求，校準周期)等制定檢定/校準方案。對于校準周期的要求，實驗室依據儀器設備的使用情況（重要性、使用頻率、環境條件惡劣程度）、使用者、儀器設備本身的質量等諸因素制定這一類計量器具的校準周期。

2 計量確認

在使用過程中，檢定證書與校準證書最大區別在于：檢定證書會判斷該設備是否滿足國家的檢定規程或相關的技術法規，而校準證書一般不對設備合格與否進行結論判定，只會給出校準結果及不確定度等關鍵數據，實驗室的技術人員結合儀器設備的特點、使用狀況、質量控制情況、工作類型等實際情況進行確認記錄計量確認結果[2]。

以電力測功機的計量確認為例，解析如何完成計量確認，設備出廠參數：量程為（0～500）N.m；最大允差±0.2%FS；

環境溫度22℃；相對濕度：55%RH，送往第三方校準，最終的校準證書結果為：

表1 電力測功機扭矩校準數據

計量確認評判標準： GB/T18297-2001《發動機性能實驗方法》中對于發動機扭力值的測量要求為：不超過所測發動機最大扭矩值的±1%；設定所測發動機的最大扭力值為200N.m那該測試最大允許誤差為：

遵循測設備的準確度應該高于實驗要求的3倍以上的要求，該測功機的最大允許誤差為：

可以計算出校準證書上對于每個校準點試制誤差，本次校準證書記錄了進回程兩次示值，故需要對除零點外共20個點計算最終取最大示值誤差為0.2N.m。所以：

該設備本次的校準結果滿足GB/T18297-2001《發動機性能實驗方法》中對于發動機扭力值的驗證要求[3]。

3 計量溯源

國家計量部門通過正式公布的“計量器具檢定系統框圖”要求將測量結果鏈接到國際基準或公認標準。企業以整車研發驗證為目的內部實驗室，雖然面對的都是內部客戶，大部分不直接涉及法律及法規。但是最終的產品是要通過國家的技術法規驗證部門驗證合格后才能投產及銷售的，所以開發驗證階段的檢測設備具備計量溯源性，是整車研發性實驗室必須具備的能力。

實驗方法可以是GB/T18297-2001《發動機性能實驗方法》的國家頒布的實驗方法，也可以是地方性或者是行業規范，也可以是企業內部的嚴正要求。根據“計量器具檢定系統框圖”的要求，計量溯源圖應包含上一級計量標準、計量器具及被測對象要求三大部分。每一部分，無論是計量器具，還是計量標準或相關測量要求，必須給出測量范圍以及準確度信息（最大允許誤差/擴展不確定度/準確度等級）。上一級計量標準所在機構應能保證其溯源性，并在證書上明確聲明。故上一級計量標準本檢測中心可以省略不繪制[4]。同樣以上面計量確認的說明的電力測功機作為例子：

第一步，實驗室要明確，該實驗設備的目的是用于發動機研發階段的性能測試的扭矩測試，滿足GB/T18297-2001《發動機性能實驗方法》上的實驗需求。根據上面計量確認結果，實驗室所要檢測的發動機扭矩值最大允許誤差為±0.63N.m，這個是我們的被測對象要求。

第二步，發動機扭矩值是通過電力測功機設備測量得到的，測功機的設計的基本參數為：

扭矩測量范圍：(-500～500) N·m，扭矩最大允差：±0.2%FS，但是這些參數是作為設備出廠時的基本參數，實驗室在拿到設備后，需要將設備送往第三方計量機構進行校準后，才能最終得到最接近真值的設備參數，經過上面的計算，這臺設備的最大扭矩試制誤差為0.2N.m。這個是我們的計量器具。

第三步，但是測功機的扭矩是否滿足使工作要求，實驗室時通過送第三方檢定機構進行校準確認的，但是知道，測功機的扭矩是不能直接測量出來了，只能通過標定桿及砝碼的靜態標定并通過扭矩計算公式：

得出結論，其中m為砝碼重量，a為當地的重力加速度，L為標定桿的長度，也就是力臂。在這里這里又引入了標定桿及砝碼兩個計量機構的標準器具，在證書上我們看到標定桿的長度為：1019.7mm不確定度U=0.05mm， k=2，標準砝碼的質量為5kg 10kg 20kg準確度等級：M1級。將這些信息標識在我們的計量溯源圖上面，這樣實驗室完成了該設備這次的計量溯源工作，在有效的校準日期內，使用該測功機檢測的數據也具備了溯源性[5]。

通過以上的檢定校準，計量確認，計量溯源等技術管理手段，從根本上解決了整車研發實驗室數據準確性和溯源性的基本訴求。