新能源汽車(chē)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度研究

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)

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（作者單位：徐州徐工汽車(chē)制造有限公司）