陳鈞,安雪,陳慶瑜,賴金泉,曾博,劉國榮
(威凱檢測技術(shù)有限公司,廣州 510663)
在CNAS-CL01-2018 中條款7.6 要求評定測量不確定度,在CNAS-CL01-G003:2021《測量不確定度的要求》條款6.2 寫道:“如果檢測結(jié)果不是用數(shù)值表示或者不是建立在數(shù)值基礎(chǔ)上(如合格/不合格,陰性/陽性,或基于視覺和觸覺等的定性檢測),則實驗室宜采用其他方法評估測量不確定度,例如假陽性或假陰性的概率”。該條款明確要求對定性測量項目也需要進行測量不確定度評定。
電磁兼容(EMC)的抗擾度測試(EMS)項目均為定性測量項目。據(jù)作者了解,對EMS 的不確定度評定,目前僅見對EMS 設(shè)備的校準及其校準不確定度評定,尚無對此類項目的測量不確定度評定。
靜電放電是由于不同電位的物體間的電荷轉(zhuǎn)移引起的。靜電荷通常是由兩種材料的接觸及分離產(chǎn)生的:例如,一個人在地板上行走時會在鞋底接觸然后與地板表面分離時產(chǎn)生靜電。同樣,放入或取出袋子、彈匣或管子的電子設(shè)備會在設(shè)備外殼和金屬引線與容器表面多次接觸和分離時產(chǎn)生靜電荷。雖然在這兩個示例中靜電荷的大小可能不同,但在這兩種情況下都會產(chǎn)生靜電。
靜電放電(Electro-Static Discharge, 簡寫為ESD)測試是電磁兼容抗擾度試驗中一個典型的測試項目,靜電放電測量系統(tǒng)主要有靜電放電試驗發(fā)生器、靜電槍測試設(shè)備等組成,靜電放電發(fā)生器的主要部分包括充電電阻、儲能電容器、分布電容、放電電阻、電壓指示器、放電電極頭等,靜電放電發(fā)生器的主要特性參數(shù)有:輸出電壓、輸出電壓容差、輸出電壓極差、保持時間和操作放電方式。操作放電方式分為接觸放電測試和空氣放電測試,在一般測試中往往優(yōu)先選擇接觸放電的試驗方法,除非接觸放電不適合,我們才會選擇空氣放電的試驗方法。本文對靜電放電(ESD)抗擾度項目的測量不確定度評定進行探索,主要針對靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓的準確性進行不確定度評定,以期為EMS 其它定性測量項目的測量不確定度評定提供思路和參考。
式中:
V—被測靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓;
Vr—高壓計讀取的靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓測量值。
對靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓測量系統(tǒng)進行分析,影響靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓測量值Vr的主要影響因素有:
1)高壓計多次測量引入的標準不確定度u1;
2)靜電發(fā)生器允許誤差引入的標準不確定度u2;
3)高壓計允許誤差引入的標準不確定度u3;
4)靜電槍接觸放電頭與高壓計放電探頭放電接觸點不穩(wěn)定引入的標準不確定度u4;
5)靜電放電環(huán)境條件引入的不確定度u5。
輸入量Vr標準不確定度u(Vr)的評定:
1)高壓計多次測量引入的標準測量不確定度u1的評定
高壓計多次測量,即由重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性測量引入的標準測量不確定度采用A 類評定方法進行評定;
本文以4 kV 輸出電壓舉例說明,在重復(fù)性測試條件下對被測設(shè)備進行10 次測量,得到10 個測量值如表1。
表1 高壓計重復(fù)性測試數(shù)據(jù)(單位:kV)
計算10 次測量的平均值=4.06 kV,本文以10 次測量的平均值為最終報出的測試結(jié)果,所以由高壓計多次測量引入的標準測量不確定度 u(Vr):
這里表示n 次測量的算術(shù)平均值,這里n=10。
2)靜電發(fā)生器允許誤差引入的標準不確定度u2的評定
查靜電搶設(shè)備使用說明書知,靜電發(fā)生器輸出電壓的允許誤差(以4 kV 輸出電壓為例)為±0.20 kV,服從均勻分布,所以由靜電發(fā)生器允許誤差引入的標準不確定度u2:
3)高壓計允許誤差引入的標準不確定度u3的評定
查高壓計設(shè)備使用說明書知,高壓計允許誤差(以4 kV 輸出電壓為例)為±0.06 kV,服從均勻分布,所以由高壓計允許誤差引入的標準不確定度u3:
4)靜電槍接觸放電頭與高壓計放電探頭放電接觸點不穩(wěn)定引入的標準不確定度u4的評定
在讀取靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓時,需要靜電搶槍頭頂端與高壓計放電探頭頂端直接接觸并保持不動,如圖1 所示。
圖1 靜電搶槍頭頂端與高壓計放電探頭頂端接觸示意圖
在每一次的靜電搶槍頭頂端與高壓計放電探頭頂端直接接觸時,由于接觸位置、角度等存在差異性,對測試結(jié)果造成影響,但具體的影響量大小目前尚無具體數(shù)據(jù)可參考。然而,本文作者認為該影響量可能已包含在重復(fù)性測量影響因素(即u1)中,此時,靜電槍接觸放電頭與高壓計放電探頭放電接觸點不穩(wěn)定引入的標準不確定度u4=0。
5)靜電放電環(huán)境條件引入的不確定度的u5評定
GB/T 17626.2-2018 中對靜電放電的環(huán)境條件要求是;環(huán)境溫度范圍為(15 ~35)℃,環(huán)境相對濕度為(30 ~60)%,大氣壓力:(86 ~106)kPa。
在靜電放電的測試中,本文嚴格控制環(huán)境條件符合標準要求并盡可能保持在盡量小的波動范圍內(nèi),本文認為環(huán)境條件對測試結(jié)果影響很小,可以不納入考慮,因此靜電放電試驗環(huán)境溫濕度和大氣壓條件引入的標準不確定度u5=0。
數(shù)學(xué)模型:
靈敏系數(shù):ci=1,i=1
標準不確定度一覽表2。
表2 靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓測量不確定度一覽表 (單位:kV)
合成標準不確定度的計算:
根據(jù)擴展不確定度的計算公式:
通常取包含概率p=95 %,對應(yīng)k=2。
計算得:
所以,擴展不確定度U=0.24(kV)k=2。
測量不確定度是衡量測試水平的一個重要參數(shù),本文對電磁兼容抗擾度測試項目之一的靜電放電(ESD)進行了測量不確定度評定的探索,主要對靜電放電抗擾度試驗靜電發(fā)生器輸出電壓測量不確定度進行了評定,但是衡量靜電放電(ESD) 測量準確性的參數(shù)還有接觸放電電流波形等參數(shù),有待于進一步的探索。另外,本文僅對測試系統(tǒng)的測量設(shè)備帶來的測量不確定度進行了評估,并未考慮由被測樣品等引入的測量不確定度,這部分內(nèi)容也同樣有待于進一步的探索。