倪奕麟 牛道森 全王榫

在低碳经济和可持续发展理念指导下，产品的能效检测为实现经济发展与资源环境保护双赢起到了监督把关的重要作用。能效检测的公平公正直接影响到节能减排、落实温室气体减量目标的实现。电子电器产品的能效检测与传统的安规检测完全不同，可以理解为对被检产品产生的有效能量与其消耗的电能之间的关系进行评价的检测，例如电磁灶的能效检测是评价其将电能转换为热能的能力。能力验证^[1]是通过实验室间比对来确定参加者（实验室、检验机构或其他部门）对于特定测量的能力，是检验实验室人员能力、实验室质量控制的重要方式。参加能力验证可以为参加者提供评价其出具数据可靠性和有效性的客观证据。

待机功率测试^[2]是电子电器产品能效检测的基础项目之一，是指测量电子电器产品主要功能未工作而处于待机模式时所消耗的电能。我国的能效标识制度对多类产品明确规定了待机功率，包括自动电饭锅、洗衣机、计算机显示器、复印机、家用电磁灶、微波炉、打印机、传真机、平板电视等。目前国内主流电子电器产品待机功率都控制在1 W以内，高能效的产品待机功率要求控制在0.5 W以内。鉴于待机功率测试在检测方法、设备要求、环境条件、测试精度等方面均与传统安规检测有较大区别，故有必要以能力验证的方式对参加者的实际检测水平加以确认，从而确保能效检测数据的准确性和有效性。

1 被检样品

1.1 样品制备

被检样品由经过可靠性测试的电子元器件组成（开关电源、高精度电阻、二极管及电子线路板），为降低在传输过程中发生故障的几率，样品被放置在定制的封闭电气盒内。样品在制备后还经过热稳定性和通电老化处理。此外，为防止参加者私下对样品进行拆解，被检样品进行了特殊的密封处理。

被检样品为Ⅰ类器具^[3]，额定输入电压为220 V～，频率为50 Hz，样品装有电源输入插口并附带专用电源线组件用于供电。每个被测样品设计2个测试模式，即2个测试档位，一个作为本次能力验证的指定值^[4]，另一个作为干扰值，指定值随机分布于上述2个测试值中。上述设定能更客观地评定参加实验室所具备的检测能力并防止数据串通。被测样品存放于定制的包装盒，能够有效隔震、隔热。样品分发前，在包装盒外层覆盖防水缓冲材料，进一步保证样品在运输过程中的完好性。样品制备完成后，对每台样品分配独立的样品编号。在初测阶段，随机选取符合均匀性检验要求的样品，通过特快专递方式按规定日程随机发放至参试实验室。

1.2 样品均匀性检验

对制备的30批次样品采取全数检验的方法，针对指定值档位进行2次重复测试，计算出测试平均值，以测试平均值的中位值±5%作为限值筛选出最接近中位值的20个样品，作为本次能力验证的正式样品，见表1。初筛后的能力验证样品采用单因子方差分析^[5]（α = 0.05）验证样品之间是否存在显著差异。经计算，F值为1.108，小于F _0.05(19,20)，故初步判断选取的20个能力验证样品未出现不均匀的情况，见表2，其中DF为自由度，MS为均方。待本次能力验证项目完成后回收样品，采用S_s≤0.3σ评估准则进行验证，经统计分析得到本次能力验证计划实际评定标准差σ = 0.00436，样品间标准差S_s为0.0004，小于最大允许误差0.3σ = 0.00131，证明本批次样品是均匀的。

2 检测环境与方法

2.1 检测环境及仪器

待机功率的测试对检测环境要求较高，作业指导书中规定试验环境条件：试验在无强制对流空气且环境温度为（23±2）℃，相对湿度为45%～75%的场所进行，空调出风口风速低于0.5 m/s。参加者应使用温湿度计、风速仪等仪表对整个测试过程的温湿度进行监控，如发现环境条件超过规定限值，应立刻停止测试。

检测设备为交流稳压电源、具备积分功能的电参数表等，仪器品牌不限。

2.2 检测方法

（1）试验开始前，将被测样品放置在温度为（23±2）℃，相对湿度为45%～75%的稳定环境中12 h以上。

（2）将样品放置在水平测试台面上，远离四周边壁。将电源按钮置于“0”档位，使用样品附带的电源线组件将样品与供电电源连接，确保样品可靠接地，按照作业指导书的要求选择合适的接线方式，使用功率表监控样品的输入功率。

（3）按要求对样品接入交流电，将电源按钮按下置于“1”位置（电源按钮指示灯光亮起），首先将模式开关切换至左档，对样品预热供电60 min以上，预热完成后开始测试。测试若干个完整周期（不少于10个），记录样品自计时开始至结束的总耗电量E、周期数n、总测试时间t及其他相关参数。试验完毕后关闭仪表，切断供电电源。

（4）待样品冷却至室温后，对样品接入规定的交流电，将电源按钮按下置于“1”位置（电源按钮指示灯光亮起）后将切换开关置于右档位置，重复试验步骤（2）至（3）进行测试，对样品预热并完成测试，最终按照平均功率法计算待机功率。

3 结果与分析

3.1 检测结果统计

本次能力验证计划初测阶段，以各实验室上报的待机功率测试值为能力评价对象，采用GB/T 28043—2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》和CNAS-GL02: 2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》中的稳健统计方法（算法A），计算Z'值。

本次计划要求参加实验室分别对同一个样品的左档和右档各测量1组数据，共2组数据。为防止串通，其中一组数据为干扰值，另一组数据为指定值，仅指定值参与最终统计。根据算法A，以所有参加实验室结果的稳健平均值作为指定值X，参加实验室结果的稳健标准差作为能力验证评定标准差σ，指定值的标准不确定度U_x，见表3。对照参加者的检测结果，按公式（1）计算相应的 Z'值：

(1)

式（1）中，x为参加实验室的结果，X为指定值，σ为能力验证评定标准差，U_x为指定值的标准不确定度。

表3 初次测试结果统计表

Table 3 Statistic of first test results

根据GB/T 28043—2019和CNAS-GL02: 2018，对参加者能力评价标准如下：| Z' |≤2代表结果满意；2＜| Z' |＜3代表结果有问题；| Z' |≥3代表结果不满意。初测共回收结果14家，其中2家参加实验室结果为不满意，其余12家参加实验室结果为满意。各实验室测量结果及Z'比分数见表4。

表4 待机功率结果汇总表

Table 4 Test results of standby power in summary

注: *表示不满意的结果

3.2 技术分析和建议

待机功率是指产品在关机或不行使其主要功能时的能源消耗，适用产品涵盖信息类设备、音视频设备、家电产品等。该项目属于典型的低功率测量，环境温度、采样周期的选择、功率表电流量程档位的选择以及测量线路的搭建，任何一个细节都会影响测量结果。

3.2.1 代表性周期的理解和采样时间的选择

本次能力验证计划设计并采用了具备“代表性周期”^[6]的样品，即样品的工作功率在整个工作周期内持续变化，被测样品在通电预热期间功率曲线变化的幅度和周期性处于不稳定阶段，经过一段时间后，发现连续的两段输入功率曲线呈现出相同的变化规律，且每段输入功率的变化量几乎相同。上述功率曲线代表的是一种典型的待机模式，在该种情况下，测量结果的准确性在很大程度上取决于对“代表性周期”概念的正确理解。

在测试正式开始前，建议先用带有记录功率曲线功能的功率表识别出样品的代表性周期。图1显示了某被检样品待机功率P的功率曲线示意图，从功率曲线可以发现样品的功率并非一直稳定，而是呈现出明显的周期性变化，另一模式的功率曲线与前者变化趋势相近，但变化频率和功率值完全不同。实际测试中，样品的代表性周期可能更为复杂，可能夹杂着正弦波、方波及脉冲信号等，可以使用示波器或功率分析仪等仪器仪表提取完整的功率曲线再进行针对性的分析。

图1 待机功率P代表性周期示意图

Fig.1 Representative cycle of standby power P

本次计划采用平均功率法计算待机功率，为保证采集的功率曲线满足代表性周期的要求，应符合以下2个条件：（1）采样时间能够覆盖若干个完整的周期，即总采样时间应是代表性周期的整数倍；（2）采样时间尽可能足够长。标准IEC 6230—2011中推荐采样时间至少包含10个完整周期。从图1可以看出，稳定状态下1个代表性周期为60 s，采用电能法，积分时间在10 min以上方能较为准确地进行测试，一般建议积分时间不少于30 min。如果选择的采样时间不符合上述要求，则无法准确测量样品的待机功率，存在离群的风险。

3.2.2 功率表的接法

鉴于待机功率的测量特点，使用不同接线方式也会影响最终的测量结果，故本次计划在作业指导书中以接线示意图的形式给出了推荐的接线方式，如图2所示，其接线方式一般被称为“电流表内接法”或“电压表外接法”^[7]。为达到足够的测量精度，测量时不得不考虑电压表和电流表内阻对待机功率测试的影响。在实际测试中，应选择测试仪表消耗功耗较小的接线方式进行测试。当被测样品的阻值远大于电流表内阻时，电流表分压影响可忽略不计，这时采用电流表内接法测量更为准确。

图2 待机功耗测量接线示意图

Fig.2 Wiring of standby power test

从本项目反馈信息发现，绝大多数参加者都能关注到不同接线方式对检测结果的影响，完全按照作业指导书的要求进行正确接线。但部分参加者为操作方便将产生额外功率的转接设备接入测试线路中，从而导致测试结果明显偏大，如使用带有指示灯的拖线板。

3.2.3 测试设备的选择

待机功率测试用的仪器仪表也必须满足相关要求：具备测量有功功率、电压、电流有效值、电流峰值的能力；仪表测量精度为1 mW或更高；在量程范围内，波峰因数≥3；测量电流的最小量程≤10 mA等。在实际检测中，还发现存在其他问题：

（1）交流稳压电源的电压稳定性较差，无法在检测过程中持续输出稳定电压。本项目要求接入的交流电压应为220 V，频率为50 Hz，实测理想电压值应在220.00 V，一般保证小数点后一位是0。在不少机构反馈的数据中，电压在219～221 V之间不断波动，不稳定的电压造成了待机功率的偏差，积分时间越长指定值的测量误差就越大。

（2）功率计无法捕捉到代表性周期。部分参加者用的功率计只能进行表头数值的读取，不具备功率曲线分析功能，无法准确抓取代表性周期。

（3）功率计的测量准确度应≤0.01 W，精度不够的仪表无法满足低功率的测试要求。

3.2.4 电参数表电流量程档位的选择

经过与验证结果为不满意的实验室进行沟通，发现其在电参数表的设定方面存在较大问题。初检时电流量程档位设定为自动，在复检过程中采用横和的WT3000E电参数表，发现选择电流“自动档”进行测试时波形发生畸变失真^[8]，未完全捕捉到完整的功率曲线，影响最终待机功率的测试值。该实验室在不同量程的工况下重新进行测试，测试结果存在明显差异。

4 结论

能力验证是确保实验室维持较高的校准和检测水平而对其能力进行考核、监督和确认的一种验证活动。参加能力验证计划可以为实验室提供评价其出具数据可靠性和有效性的客观依据。电子电器产品待机功率的检测能力验证项目从“人、机、料、法、环”五方面对参加者的检测能力提出了考核要求，尤其关注对检测仪器的正确操作，在考核参加者的硬件实力的同时，更关注其对标准的理解及搭建测试电路的动手能力。另外，能力验证组织者应具备严谨务实的态度，从样品制备、指定值确定、样品传递、数据统计到原因分析、出具最终报告，通过搜集到的数据为参加者找到导致不满意结果的原因，帮助其识别检测过程中存在的实际问题并采取纠正措施，从而提高相关领域的检测水平。

参考文献

[1] GB/T 28043—2019 利用实验室间比对进行能力验证的统计方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.

[2] International Electrotechnical Commission. IEC 62301—2011 Household electrical appliances-Measurement of standby power[DB/OL]. https://webstore.iec.ch/publication/6789, 2011-01-27.

[3] GB 4706.1—2005家用和类似用途电器的安全 第1部分: 通用要求[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.

[4]中国合格评定国家认可委员会. CNAS-GL02: 2018 能力验证结果的统计处理和能力评价指南[DB/OL]. https://www.cnas.org.cn/fwzl/nlyzzl/nlyzxgzcyzl/889732.shtml , 2018-03-29.

[5]黄兴春, 谭煜琦, 邱鹏. 方差分析周期外推法在年最大流量预报中的应用[J]. 水与水技术, 2022(12): 21-25.

[6]吴震, 亓新, 杨夏喜. 家电输入功率检测方法和判定原则的研究[J]. 中国标准化, 2021(16): 213-217.

[7]蔡永华, 蒋俞琴, 唐仁幸. 家用电器待机功耗测试研究[J]. 机电工程. 2017(1): 79-82.

[8] 王伯燕, 张立民, 叶至壮,等. 家用电器待机功率和关机功率测试研究[J]. 家电科技, 2021(S1): 580-583.

第一作者：倪奕麟（1982—），男，汉族，浙江绍兴人，本科，高级工程师，主要从事进出口商品检验工作，E-mail: ni210@126.com

1. 上海海关机电产品检测技术中心 上海 200135

1. Technical Center for Mechanical and Electrical Product Inspection and Testing of Shanghai Customs District, Shanghai 200135

表1 待机功率测试标准样品均匀性检验数据

Table 1 Uniformity test data for standby power test standard samples

表2 方差分析结果

Table 2 Calculation results of F test

基金项目：南京海关科技项目（2021KJ07）

第一作者：赵宇（1981—），男，汉族，河南信阳人，硕士，农艺师，主要从事植物检疫研究，E-mail: zhaoyu418@163.com

通信作者：沈涛（1970—），男，汉族，山东临沂人，硕士，兽医师，主要从事动物检疫研究，E-mail: 2667743387@qq.com

1. 江阴海关 江阴 214431

2. 南京海关 南京 210019

1. Jiangyin Customs, Jiangyin 214431

2. Nanjing Customs District, Nanjing 210019