電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試的誤差分析

杜冠廷， 史步海， 閔新和， 李 政

（1.華南理工大學(xué)，廣東廣州510006；2.中汽檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東廣州510065；3.廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州510065）

0 引言

近年，電動(dòng) （新能源）汽車發(fā)展蓬勃，相比通過汽油燃燒提供動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車，直接利用電力驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，其動(dòng)力系統(tǒng)零部件種類從傳統(tǒng)汽車的一千多種大幅降低到一百種以內(nèi)，有利于國內(nèi)相關(guān)企業(yè)打破外國的技術(shù)和專利壁壘實(shí)現(xiàn) “彎道超車”，因而，電動(dòng)汽車在國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展中占據(jù)絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)性地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全年國內(nèi)共生產(chǎn)和銷售127萬輛和125.6萬輛，比2017年的產(chǎn)銷量分別提高了59.9%和61.7%，電動(dòng)汽車的產(chǎn)量和保有量均已經(jīng)躍居世界第一［1］。而電動(dòng)汽車的核心動(dòng)力部件包括電池、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，俗稱 “三電”系統(tǒng)。無論電動(dòng)汽車處在行駛還是充電狀態(tài)，三電系統(tǒng)充當(dāng)著能量傳遞和變換的重要角色，大量的電能在三電系統(tǒng)之間高速傳送，不可避免產(chǎn)生大量發(fā)熱。隨著電動(dòng)汽車在國內(nèi)的迅速發(fā)展，電動(dòng)汽車的自燃事故頻發(fā)，其安全性也引起了社會(huì)的密切關(guān)注。雖然，電動(dòng)汽車已經(jīng)發(fā)展了十余年，但電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)存在較大差異，其零部件 （特別是動(dòng)力部件）的測(cè)試方法在國內(nèi)還處于摸索階段，并沒有適時(shí)制定出符合電動(dòng)汽車的測(cè)試方法，大部分方法均借用自傳統(tǒng)汽車行業(yè)、電力行業(yè)和家電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。這些方法在實(shí)際的電動(dòng)汽車零部件測(cè)試中或多或少存在著操作偏離，制約了電動(dòng)汽車零部件質(zhì)量的提高。因?yàn)閯?dòng)力部件的溫升過高意味著高自燃可能性，所以電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試是評(píng)估電動(dòng)汽車在正常運(yùn)行或行駛過程中安全和可靠性的首選方法。目前，電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試多沿用家電行業(yè)的以熱電偶為主的溫升測(cè)試方法，在測(cè)試過程中引入了很多測(cè)試誤差。下文將從溫升測(cè)試方法、誤差分析以及誤差消除等3個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1 溫升測(cè)試方法

1.1 測(cè)試方案

目前，在電動(dòng)汽車的三電系統(tǒng)中，動(dòng)力電機(jī)的溫升測(cè)試手段最為成熟，可以通過熱電偶、繞組電阻等多種方法相結(jié)合來測(cè)量電機(jī)溫升。除此之外，電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及高壓配件等主要還是依靠傳統(tǒng)的熱電偶來測(cè)量溫升。以連接電控和電池的高壓電纜及其連接器為例，當(dāng)前的高壓電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是QC／T 1067.1—2017《汽車電線束和電氣設(shè)備用連接器》中的章節(jié)4.9［2］，該方案是在參考國外GMW系列和SAEJ系列的低壓連接器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上修改而來，其方案結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示。

圖1 溫升測(cè)量設(shè)備連接示意

圖2 溫升測(cè)試點(diǎn)布置示意

該溫升方案是將待測(cè)樣品放置在無風(fēng)恒溫的室內(nèi)絕緣平面上，在樣品的特定部位上安裝熱電偶測(cè)溫探頭后，將樣品和電源良好連接并調(diào)節(jié)電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，使用萬用表監(jiān)控實(shí)驗(yàn)電流的大小，并在平面距離150 mm處布置溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，電流回路通電后待熱電偶讀數(shù)穩(wěn)定并記錄溫升值。該測(cè)試方案具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試環(huán)境和設(shè)備易得的優(yōu)點(diǎn)，特別是熱電偶測(cè)溫方法成熟且測(cè)量通道易于擴(kuò)展到百數(shù)量級(jí)，因而得到了國內(nèi)多家新能源車企的采用和認(rèn)可。

1.2 測(cè)溫原理

熱電偶的測(cè)溫原理利用了塞貝克效應(yīng) （又稱第一熱電效應(yīng)）。在該效應(yīng)的描述中，將材質(zhì)均勻但不相同的兩種金屬絲A和B的兩端首尾互相連結(jié)組成閉合回路 （等效原理如圖3所示）。金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子能量隨著溫度梯度升高而升高，更傾向于向外部移動(dòng)，但會(huì)受到費(fèi)米能級(jí)附近傳導(dǎo)電子平均自由程的影響。某些金屬材質(zhì)中，處于熱端的電子平均自由程與電子能量正相關(guān)，則熱端的電子向冷端區(qū)域移動(dòng)的傾向更明顯，更容易向冷端移動(dòng)，則該材質(zhì)的塞貝克效應(yīng)電勢(shì)Es為負(fù)數(shù)；反之，處于熱端的電子平均自由程與電子能量負(fù)相關(guān)，但熱端的電子自由程小，電子由冷端向熱端移動(dòng)，則該材質(zhì)的塞貝克效應(yīng)電勢(shì)Es為正數(shù)。因此，當(dāng)兩端點(diǎn)的溫度T和T0不一致時(shí)，金屬絲A和B相連的兩端存在電動(dòng)勢(shì)：

式中：Es（T，T0） 為 A、 B 回路熱電勢(shì)；EsA（T，T0）、EsB（T，T0）分別為A、B兩端的熱電勢(shì)差；NA（T）、NB（T）分別為A、B兩種材料在溫度T時(shí)的自由電子密度；K為玻爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷常量。

圖3 熱電偶示意

在圖3中，除了有熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)外，還存在兩種導(dǎo)體自由電子濃度不一致產(chǎn)生的接觸熱電動(dòng)勢(shì)EAB：

式中：EAB（T，T0） 為 A、 B 回路接觸熱電勢(shì)；NA（T）、NB（T）分別為A、B兩種材料在溫度T時(shí)的自由電子密度；K為玻爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷常量。

綜上，整個(gè)回路中總電動(dòng)勢(shì)就是熱電偶測(cè)溫總電動(dòng)勢(shì)Ec（T，T0）：

由公式可知，玻爾茲曼常數(shù)和電子電荷常數(shù)均為恒定值，且熱電偶中兩種金屬材質(zhì)A和B是已知物質(zhì)，則總電動(dòng)勢(shì)Ec（T，T0）是與冷熱兩端溫度相關(guān)的可解函數(shù)，由此可以通過熱電偶進(jìn)行測(cè)溫。

目前國際上明確規(guī)定了常用熱電偶的材質(zhì)和牌號(hào)，如T偶（銅-康銅）、K （鎳鉻-鎳硅）、E（鎳鉻-康銅）等廉金屬熱電偶和S（鉑銠90-鉑）、R（鉑銠87-鉑）等貴金屬熱電偶，并將這些熱電偶的溫度分度電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了測(cè)定和歸集成表，日常應(yīng)用中只要確定了熱電偶的牌號(hào)后查表就可以換算出溫度值［3］。

2 誤差分析

2.1 誤差來源的途徑

利用熱電偶法開展電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試，樣品供電、傳感器的選型、傳感器的布置、測(cè)試環(huán)境、采集和讀數(shù)等多個(gè)環(huán)節(jié)都可能引入誤差。下文將從6個(gè)方面深入分析影響動(dòng)力部件溫升測(cè)試誤差的主要原因。

2.1.1 發(fā)熱電流誤差

從圖1、圖2可以了解到電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試需要給樣品提供額定的電流，或條件規(guī)定的電流序列，樣品在測(cè)試電流通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量并轉(zhuǎn)化溫升，其相關(guān)關(guān)系由以下公式推出：

其中：Q是熱量；I（t）是通過導(dǎo)體的電流隨時(shí)間變化的函數(shù)；R（t）是導(dǎo)體電阻隨時(shí)間變化的函數(shù)；t是時(shí)間。由公式中可得，測(cè)試電流誤差從源頭上以平方正比直接影響溫升測(cè)試誤差。若按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備布局開展測(cè)試，必然引入電流調(diào)節(jié)器輸出、萬用表讀數(shù)誤差，且只能以人工方式去監(jiān)控電流讀數(shù)、調(diào)整電流調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)而控制電流穩(wěn)定。在實(shí)際過程中，通電導(dǎo)體隨著自身發(fā)熱變化，導(dǎo)體電阻也會(huì)隨之變化，圖中的傳統(tǒng)分壓恒流回路將一直處于變化中，加大電流控制的誤差。讓人欣慰的是，目前多數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)都應(yīng)用程控恒流電源開展溫升測(cè)試，很大程度上降低人工控制電流的誤差，但電流的輸出精度和編程精度仍值得人們關(guān)注，畢竟電流誤差與發(fā)熱誤差成平方正比的關(guān)系。

2.1.2 熱電偶接觸和固定

熱電偶與樣品的測(cè)試部位接觸主要方法有兩種，分別是埋入法和膠粘法，一般常用的是膠粘法，主要是因?yàn)椴捎寐袢敕ㄍǔＰ枰獙?duì)測(cè)試部位的表面進(jìn)行加工，工序復(fù)雜且要破壞測(cè)試樣品，而膠粘法簡(jiǎn)單方便且省時(shí)間。但是，膠粘法布置熱電偶測(cè)溫度有很明顯的弊端：（1）熱電偶熱端通常為球狀，而樣品的測(cè)試區(qū)域多為平面，兩者之間接觸面積很小，換言之是熱電偶與測(cè)溫平面的接觸熱阻較大，盡管熱電偶的熱端熱容小、換熱面積小，但是也一定程度上使得熱電偶的熱端與測(cè)溫平面存在溫差。（2）熱電偶需要用粘膠固定在測(cè)溫部位表面，目前市面上的溫升用粘膠成分以α-氰基丙烯酸乙酯為主，該樹脂硬化后的導(dǎo)熱系數(shù)小于1.0，當(dāng)熱電偶與測(cè)溫區(qū)域平面不能緊密接觸而導(dǎo)致兩者被粘膠隔離時(shí)，測(cè)溫平面到熱電偶的傳熱能力急劇下降，參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，使用膠粘法固定熱電偶時(shí)必須對(duì)測(cè)溫結(jié)果乘以系數(shù)1.025進(jìn)行修正［4］。最后，需要注意膠粘法的許用溫度較低 （一般不高于150℃），因?yàn)楦邷貢?huì)使氰基丙烯酸乙酯樹脂發(fā)生脆化導(dǎo)致熱電偶剝離測(cè)溫表面，導(dǎo)致測(cè)溫結(jié)果嚴(yán)重偏離。

2.1.3 熱電偶誤差

熱電偶是溫度-電壓的重要途徑，其轉(zhuǎn)換誤差與測(cè)量結(jié)果息息相關(guān)。由于熱電偶測(cè)溫原理基于塞貝克效應(yīng)，其引入的誤差主要來源于內(nèi)部材質(zhì)構(gòu)造。首先，熱電偶的原料材質(zhì)純度有限，雖然部分牌號(hào)熱電偶絲的成分為金屬單質(zhì)，原材料純凈度可達(dá)99.9%以上 （如T形偶的銅，S形偶的鉑），但多數(shù)熱電偶絲為合金，在宏觀上說其配比就很難精確控制，更遑論微觀結(jié)構(gòu)中合金分布不均勻而造成成分偏析，局部上加劇了材料的不均勻性，進(jìn)而導(dǎo)致自由電子分布不均勻和輸出電動(dòng)勢(shì)不準(zhǔn)確；再者，熱電偶在生產(chǎn)過程中必須淬火和冷加工必然引入晶格缺陷和應(yīng)力集中，增加熱電偶絲的局部不均勻性，影響測(cè)試結(jié)果。一般來說，綜合考慮材質(zhì)不均勻性和接觸熱電動(dòng)勢(shì)后，工業(yè)用熱電偶的精度在0.5%讀數(shù)+1℃左右，工業(yè)用精密等級(jí)熱電偶能達(dá)到0.2%讀數(shù)+0.5℃以上。除此之外，日常使用過程中的彎折、化學(xué)氣氛腐蝕、高溫循環(huán)使用 （特別是臨近或超過該牌號(hào)的許用溫度）都會(huì)加劇熱電偶材質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，這些因素對(duì)熱電偶精度的影響是漸進(jìn)的，但目前并沒有合適的數(shù)學(xué)模型能表征對(duì)熱電偶精度的影響大小，只能通過日常的核查和校準(zhǔn)來獲取熱電偶的誤差信息。

2.1.4 測(cè)量儀器誤差

熱電偶通常利用電壓表讀取熱電偶冷端電動(dòng)勢(shì)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行冷端補(bǔ)償后，人為查表插值得出結(jié)果。實(shí)際過程中，測(cè)量冷端電動(dòng)勢(shì)、冷端補(bǔ)償和讀數(shù)轉(zhuǎn)換通常都由數(shù)據(jù)采集儀一并完成。其中，讀數(shù)轉(zhuǎn)換由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)完成，其引入的誤差相對(duì)較??；讀取熱電偶的冷端電動(dòng)勢(shì)過程中，由于熱電動(dòng)勢(shì)的電壓通常只是毫伏級(jí)到微伏級(jí)的細(xì)微電壓，對(duì)采集儀的電壓表要求很高，輕微的零點(diǎn)偏移誤差、增益誤差就足夠引起溫度讀數(shù)值1%以上的巨大誤差，同時(shí)由于熱電偶作為導(dǎo)體直接連通了樣品的通電回路和采集儀表，帶來了很強(qiáng)的共模干擾，即便是5Vp-p的周期共模干擾電壓輸入到共模抑制比100 dB的電壓采集回路也會(huì)造成50×10-6Vp-p的干擾，相當(dāng)于常用熱電偶1℃以上的周期干擾。而采集儀自帶的冷端補(bǔ)償電路雖然方便了熱電偶的測(cè)量，但通常用于冷端補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅骶容^低 （0～40℃內(nèi)的誤差多為1℃），且溫度傳感器布置不合理 （如離熱電偶冷端端子距離遠(yuǎn)、與冷端端子溫度有差異）等因素影響，實(shí)際使用過程中采用采集儀冷端補(bǔ)償功能引入0.5～1℃的誤差，極端情況下更甚。

2.1.5 環(huán)境條件

溫升試驗(yàn)的外部環(huán)境條件，特別是室溫和風(fēng)速對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響。受室溫變化和波動(dòng)影響最大的是測(cè)量環(huán)境溫度的溫度傳感器，因?yàn)闇y(cè)量環(huán)境溫度的傳感器直接測(cè)量的是空氣溫度，空氣的比熱比較小且直接與傳感器換熱，因此細(xì)微的熱源都會(huì)引起環(huán)境溫度變化且耦合到環(huán)境溫度傳感器，因此某些標(biāo)準(zhǔn)要求環(huán)境溫度傳感器需放到盛有煤油的試管中，以減少空氣的影響。再者，波動(dòng)的空氣溫度會(huì)使樣品難以達(dá)到一個(gè)熱穩(wěn)定的狀態(tài)，最終導(dǎo)致得出的結(jié)果不準(zhǔn)確。同時(shí)，空氣的風(fēng)速會(huì)直接影響樣品表面的熱傳遞函數(shù)，風(fēng)速越快熱交換的效率越高，得到的溫升結(jié)果自然較無風(fēng)狀態(tài)偏低。一般來說，溫升試驗(yàn)都要求在20～30℃之間一恒定溫度下的無風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行，并將樣品放置在防風(fēng)罩或測(cè)試角中進(jìn)行。但在實(shí)際中，依靠普通空調(diào)控溫的測(cè)試環(huán)境的溫度會(huì)有大約1℃的波動(dòng)，這會(huì)干擾測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集以及影響熱電偶冷端補(bǔ)償，從而引入了測(cè)試誤差。

2.1.6 方法選擇及數(shù)值處理

由于電動(dòng)汽車動(dòng)力部件種類較多，且沒有統(tǒng)一明確的測(cè)試方法，導(dǎo)致溫升穩(wěn)定狀態(tài)這一關(guān)鍵依據(jù)并沒有一個(gè)嚴(yán)格定論，常用的判斷溫升穩(wěn)定的依據(jù)有 “每隔10 min讀數(shù)一次，且連續(xù)3次變化不超過1℃”、“30 min內(nèi)變化不超過1℃”、“30 min內(nèi)變化不超過2℃”等。由于溫升穩(wěn)定判斷依據(jù)不統(tǒng)一，同一次溫升測(cè)試數(shù)據(jù)使用不同的穩(wěn)定判斷得出的最終溫升結(jié)果也不一樣，溫升測(cè)量結(jié)果為60℃時(shí)由判穩(wěn)依據(jù)不同而引入的誤差可達(dá)2℃。同時(shí)，在儀器界面讀取溫度讀數(shù)后，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行一定的運(yùn)算，這也可能引入一定的誤差，如取決于設(shè)備分辨率的設(shè)備讀數(shù)修約誤差等，但一般這些誤差相對(duì)較小。

2.2 誤差不確定度評(píng)定

此次評(píng)定以250A汽車配電箱溫升試驗(yàn)為參照，測(cè)試試驗(yàn)方法參照GB／T 10233—2016溫升試驗(yàn)條款進(jìn)行，測(cè)試數(shù)值以產(chǎn)品試驗(yàn)大綱為準(zhǔn)，測(cè)試設(shè)備有恒溫恒濕室、大功率電源、數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶。為減少試驗(yàn)誤差，測(cè)試環(huán)境溫度的熱電偶應(yīng)放入盛有足夠水的玻璃試管中，使空氣流動(dòng)和熱輻射等外界環(huán)境引起的誤差可以忽略。

2.2.1 數(shù)學(xué)模型

溫度測(cè)量值是由具有數(shù)據(jù)采集功能的通用溫升測(cè)量裝置測(cè)量、換算并顯示，故T＝t，其中，T為測(cè)試樣品的溫升真值；t為測(cè)量儀器顯示存儲(chǔ)的溫升值。

2.2.2 不確定度分量來源

溫升試驗(yàn)測(cè)試不確定度來源于試驗(yàn)中各設(shè)備不確定度的引入、試驗(yàn)方法以及數(shù)值修約引入了不確定度N。其中，設(shè)備不確定度包括：（1）給樣品供電并視樣品達(dá)到正常工作狀態(tài)的大功率電源，其輸出和示值的不確定度均會(huì)對(duì)試驗(yàn)造成影響。（2）測(cè)量溫度用的熱電偶存在誤差，需要計(jì)算不確定度。（3）與熱電偶相連接的數(shù)據(jù)采集儀所引入的測(cè)量不確定度。（4）由測(cè)試布點(diǎn)方法 （膠粘法和埋入法）不同引入的不確定度。（5）數(shù)值修約引入的不確定度。

2.2.3 評(píng)定分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（1）由試驗(yàn)電流測(cè)量引起的溫升不確定度u1

將電流測(cè)量不確定度轉(zhuǎn)換為溫升不確定度的計(jì)算，根據(jù)電氣在電流作用下發(fā)熱溫升的公式：

其中：ρ為電阻率；I為電流值；KT為傳熱系數(shù)；P為導(dǎo)體周長；S為導(dǎo)體截面積。

一般來說，除了電流I由外部電源提供，試驗(yàn)中的電阻率、傳熱系數(shù)、導(dǎo)體周長、導(dǎo)體截面積等因素在樣品試驗(yàn)前后可視為常數(shù)，則公式可簡(jiǎn)化為

由此可得，電流測(cè)量誤差對(duì)溫升誤差的影響可以由以下公式表示：

已知此次測(cè)試電流為250 A，則由電流相對(duì)不確定度導(dǎo)致的溫升相對(duì)不確定度為

此次試驗(yàn)中測(cè)得的最高溫升為55.0 K，電流測(cè)量引入的不確定度為2.33%，根據(jù)上式計(jì)算得

（2）測(cè)量溫度用的熱電偶存在誤差，需要計(jì)算不確定度u2

測(cè)量溫度所使用的T形熱電偶經(jīng)過有效計(jì)量，因此測(cè)量誤差按B類不確定度進(jìn)行判定。根據(jù)校準(zhǔn)證書，T形熱電偶的準(zhǔn)確度等級(jí)為±1 K，按均勻分布計(jì)算。

（3）與熱電偶相連接的數(shù)據(jù)采集儀所引入的測(cè)量不確定度u3

數(shù)據(jù)采集儀經(jīng)過有效計(jì)量，因此測(cè)量誤差按B類不確定度進(jìn)行判定。所引入的測(cè)量不確定度根據(jù)校準(zhǔn)證書，LR8430-31數(shù)據(jù)采集儀的T形熱電偶測(cè)量不確定度為±1 K，k＝2。

（4）由測(cè)試布點(diǎn)方法 （膠粘法和埋入法）不同引入的不確定度u4

此試驗(yàn)?zāi)z粘固定法按照國標(biāo)GB／T 10233—2016《低壓成套開關(guān)設(shè)備和電控設(shè)備基本試驗(yàn)方法》要求，將熱電偶熱端與規(guī)格為3 mm（W）×3 mm（H）×0.2 mm（D）的紫銅片緊密焊接在一起。將被測(cè)樣品測(cè)試點(diǎn)與小銅片的貼合面清理干凈，在小銅片上涂盡可能薄的溫升粘膠，并將熱電偶緊密固定在被測(cè)樣品測(cè)試點(diǎn)上。埋入法則在樣品表面鉆孔，將熱電偶的熱端放入小孔中并填充導(dǎo)熱硅脂，并在外部用膠布簡(jiǎn)單固定連接線。測(cè)試過程中，用50 mm2銅母線模擬樣品，放入封閉的模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)室中通入額定的電流加熱，用2個(gè) （1號(hào)、2號(hào)）T形熱電偶在銅板中心的相鄰部位分別測(cè)量溫度，小心地調(diào)整輸入電流，使用埋入法的熱電偶溫度分別穩(wěn)定在 （30±0.5）℃、 （60±0.5）℃、 （80±0.5）℃、 （100±0.5）℃。 當(dāng)兩個(gè)熱電偶在 30 min內(nèi)變化均不超過1℃時(shí)，讀取兩個(gè)熱電偶溫度。測(cè)試完成后交換2個(gè)熱電偶的固定方式，按上述步驟重新進(jìn)行一次，并記錄數(shù)據(jù)。

分別將2個(gè)熱電偶使用不同方法測(cè)量同一物體，測(cè)量的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 埋入法和膠粘法讀數(shù)區(qū)別匯總

由試驗(yàn)可知，膠粘固定法測(cè)量樣品發(fā)熱溫度在100℃左右試驗(yàn)，就可以使測(cè)量誤差達(dá)到±2℃左右。目前沒有對(duì)膠粘法誤差進(jìn)行建模，因此估計(jì)為均勻分布。則

（5）數(shù)值修約引入的不確定度u5

測(cè)量結(jié)果按要求保留到小數(shù)點(diǎn)后一位有效數(shù)字，將實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)第2位按數(shù)值修約原則設(shè)置，則存在舍入誤差0.05。則：

2.2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于u1、u2、u3、u4、u5相互獨(dú)立，互不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

2.2.5 擴(kuò)展不確定度

取正態(tài)分布，則擴(kuò)展因子k＝2，有擴(kuò)展不確定度U

3 結(jié)論

綜上，按照常規(guī)思維利用熱電偶開展電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試，很容易在傳感器選擇、探頭布置和數(shù)據(jù)讀取等多個(gè)方面引入不可忽視的誤差。而這些誤差很可能會(huì)累積并不斷被放大，在電動(dòng)汽車零部件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)給出錯(cuò)誤結(jié)論并最終導(dǎo)致安全可靠性事故的發(fā)生。因此，了解誤差引入的來源并落實(shí)相應(yīng)對(duì)策來減少或消除誤差，是利用熱電偶開展電動(dòng)汽車動(dòng)力部件溫升測(cè)試的必由之路。下文就第2章的分析內(nèi)容，提出幾點(diǎn)簡(jiǎn)便可行的措施，以求減少或消除誤差熱電偶法測(cè)溫升引入的測(cè)量誤差。

（1）降低熱電偶傳感器所引入的誤差，盡可能根據(jù)品牌、牌號(hào)和線徑等參數(shù)選用精密度高的傳感器。一般來說，國際知名品牌都會(huì)提供高于普通精度的子型號(hào)可供選擇；而線徑更粗的熱電偶，其內(nèi)部相對(duì)均勻性也更好，對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度和耐用性也更好；同時(shí)，電動(dòng)汽車零部件的工作溫度范圍一般為-40～150℃，在這個(gè)區(qū)域可選擇測(cè)量精度更高的T形熱電偶。當(dāng)然，傳感器的測(cè)量精度與日常使用頻率和維護(hù)保養(yǎng)有著密切關(guān)系，如期開展期間核查和校準(zhǔn)工作，是保證熱電偶傳感器測(cè)量精度的必要手段。

（2）降低熱電偶傳感器安裝布置的引入誤差。文中已經(jīng)證明傳統(tǒng)的膠粘法固定熱電偶會(huì)使測(cè)量值較真實(shí)值低，但精度高的埋入法受到樣品狀態(tài)限制，難以在日常溫升測(cè)試中使用。若先測(cè)出熱電偶熱端 （球狀）和樣品 （平面）之間的接觸熱阻以及膠黏劑的導(dǎo)熱系數(shù)，然后利用計(jì)算機(jī)有限元熱分析技術(shù)，設(shè)計(jì)出新的粘結(jié)方式降低測(cè)試部位的熱傳遞函數(shù)與真實(shí)工作時(shí)熱傳遞函數(shù)的差異，預(yù)期能夠?qū)y(cè)量誤差縮小到1%讀數(shù)以內(nèi)，較傳統(tǒng)的膠粘法有巨大提升。同時(shí)，布置熱電偶傳感器時(shí)應(yīng)注意絕緣保護(hù)，以免高共模干擾竄入測(cè)量回路，嚴(yán)重影響溫升結(jié)果的測(cè)量與記錄。

（3）提高熱電偶讀數(shù)采集處理的精度。目前，熱電偶的讀數(shù)多由工業(yè)采集儀自動(dòng)測(cè)量，其引入的冷端補(bǔ)償誤差可高達(dá)1℃。若開展溫升測(cè)試的工作中使用帶有高精度冷端補(bǔ)償?shù)挠?jì)量級(jí)采集儀，或設(shè)計(jì)專用設(shè)施來降低冷端補(bǔ)償誤差，預(yù)期能大幅提高溫升測(cè)試的測(cè)量精度。同樣地，采集儀的測(cè)量精度與日常使用頻率和維護(hù)保養(yǎng)有著密切關(guān)系，如期開展期間核查和校準(zhǔn)工作，是保證采集儀測(cè)量精度的必要手段。同時(shí)，在明確溫升穩(wěn)定狀態(tài)的判斷條件后，使用計(jì)算機(jī)程序分析溫升曲線的采集數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地判定溫升穩(wěn)定狀態(tài)，降低后期數(shù)據(jù)處理引入的計(jì)算誤差。