電線電纜導體直流電阻測量與不確定度評定

黃 烜

(深圳市龍崗區(qū)工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗站， 廣東 深圳 518000)

導體電阻即電線電纜的導電性能，是反映電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量的的重要指標，只有準確的測量數(shù)據(jù)才能正確評價出產(chǎn)品的質(zhì)量．根據(jù)GB/T 3956-2008《電纜的導體》2.2條的規(guī)定，導體的標稱截面積僅作為確定導體特定尺寸的數(shù)值，導體的每個特定尺寸應符合其最大電阻值的要求，一般而言相同材質(zhì)相同截面積下，導體直流電阻越小越好，要了解電線電纜的質(zhì)量狀況，首先必須對導體的電阻進行準確測量[1]．對檢測實驗室而言，導體電阻測量結(jié)果的準確性和有效性，直接影響到該項目的合格判定，尤其是當檢測結(jié)果在產(chǎn)品規(guī)定指標的極限值附近時，為了能夠判定測量的質(zhì)量如何，必須通過對測量結(jié)果的不確定度評定才能進行正確的判定和評價．因此，按JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》對導體直流電阻項目測量過程的不確定度影響因素進行分析，確定標準不確定度分量，評定合成標準不確定度和擴展不確定度，給出測量不確定度評定報告，才能做出對測量結(jié)果的準確判定[2]．

1 檢測設(shè)備和檢測方法

標稱截面面積2.5 mm2的電線電纜的單芯銅導體在溫度(15～25)℃，空氣濕度≤85%時，檢測其導體直流電阻值以及評定測量的不確定度．

1.1 檢測依據(jù)的標準

GB 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗方法 第4部分：導體直流電阻試驗》．

1.2 檢測使用的儀器設(shè)備

1)雙臂電橋，型號：QJ57，準確度等級：0.02級；2)Testo 608-H1數(shù)字式溫濕度計，最大允許誤差±0.1℃；3)專用四端夾具DQ-630．4)被測電纜：型號JB 8734-1998(450/750)BV2.5，標稱截面面積2.5 mm2．

1.3 檢測步驟

從被測電線電纜上切取長度不小于1 m的試樣，去除試樣導體外表面的絕緣、護套或其它覆蓋物．在試樣接入測量系統(tǒng)前，清潔其連接部位的導體表面，去除附著物和油垢，連接處表面的氧化層應盡可能除盡后，將銅導體試樣固定在專用四端夾具上，雙臂電橋的四個測試端與導體兩端可靠連接后閉合直流電源開關(guān)，儀器完成預熱后開始測試．調(diào)節(jié)電橋平衡，讀取電橋讀數(shù)，記錄至少四位有效數(shù)字．

2 測量不確定度的評定

2.1 數(shù)學模型的建立

根據(jù)GB 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗方法 第4部分：導體直流電阻試驗》，型式試驗時，溫度為20℃時每km長度電阻值[3]

(1)

式中：R20為20℃時每km長度電阻值，Ω/km；t為測量時的導體溫度(環(huán)境溫度)，℃；α20為導體材料20℃時的電阻溫度系數(shù)，1/℃；其中銅導體α20=3.93×10-3℃-1，鋁導體α20=4.03×10-3℃-1；Rx為t(℃)時L長電纜的實測電阻值，Ω；L為試樣的測量長度(成品電纜的長度)，m．

2.2 不確定度來源

人們長期以來認為，由于測量實驗方法和實驗設(shè)備的不完善，周圍環(huán)境的影響，以及受認識能力所限等，測量和實驗所得數(shù)據(jù)和被測量真值之間，不可避免地存在著差異，即誤差．被測量的“真值”是不可知的，在實際工作中能得到的僅是“合理賦予被測量的值”，且不止一個，可以是多個．這些值的分散性就是不確定度．不確定度，顧名思義即測量結(jié)果的不能肯定程度，反過來也即表明該結(jié)果的可信賴程度，它表示出測量結(jié)果的范圍，被測量的真值以一定的概率落于其中，它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標．在報告物理量的測量結(jié)果時，必須給出相應的不確定度，一方面便于使用它的人評定其可靠性，另一方面也增強了測量結(jié)果之間的可比性．評定不確定度一般可以分為A類和B類評定：對一系列觀測值進行統(tǒng)計分析以計算標準不確定度的方法稱A類評定．測量工作中，有時無法取得觀測列并作統(tǒng)計分析，如由于時間或資源不足不能進行或不需進行重復測量的情況下，不確定度就無法由A類評定得到，而只能采取非統(tǒng)計方法即B類評定方法．

通過對電線電纜導體直流電阻測量的原理、設(shè)備、方法和過程的分析，導體直流電阻的不確定度來源主要包括：1) 測量重復性的不重復引入的不確定度uA，采用A類方法評定；2) 雙臂電橋準確度引入的不確定度uB1，采用B類方法評定；3) 刻度尺誤差引入的導體長度不確定度uB2，采用B類方法評定；4) 溫度測量引入的標準不確定度分量uB3，采用B類方法評定；5)電阻溫度系數(shù)α20引入的不確定度分量uB4．導體溫升和接觸電阻等引入的不確定度等可以忽略不計[4]．

2.3 標準不確定度評定

2.3.1測量重復性的不重復引入的標準不確定度uA用雙臂電橋?qū)Ρ粶y導體在重復性條件下進行10次測量并將結(jié)果折算到20℃，所測數(shù)據(jù)見表1．

單次的實驗標準差

4.458×10-3Ω/km，

則平均值的實驗標準差

1.41×10-3Ω/km，

重復性測量引入的標準不確定度

表1 導體直流電阻測試數(shù)據(jù)

則標準不確定度

℃-1．

2.3.6合成標準不確定度評定uc(R20) 當測量結(jié)果是由若干個其它量的值求得時，按其它各量的方差和協(xié)方差算得的標準不確定度，常用數(shù)學符號uC表示．當被測量Y與輸入量之間有函數(shù)關(guān)系Y=f(X1,X2,,…,Xn)時，其合成不確定度

uC(y)=

雙臂電橋準確度引入的標準不確定度uB1的靈敏系數(shù)

9.956×102km-1；

刻度尺引入的標準不確定度的uB2靈敏系數(shù)

-7.335×103Ω/km2；

溫度測量引入的標準不確定度分量uB3的靈敏系數(shù)

2.87×10-2Ω/km·℃；

電阻溫度系數(shù)α20引入的不確定度分量uB4的靈敏系數(shù)

8.764×102Ω·℃/km．

表2 電線電纜導體直流電阻測量不確定度匯總表

因各不確定分量彼此獨立

得到電線電纜導體直流電阻測量的合成不確定度

6.44×10-3Ω/km．

2.3.7擴展不確定度評定取包含因子k=2，電線電纜導體直流電阻測量的擴展不確定度

U=k·uC(R20)=2×6.44×10-3=

1.288×10-2Ω/km．

電線電纜導體直流電阻的檢測結(jié)果最佳估計值R20=7.3675 Ω/km，擴展不確定度U=1.288×10-2Ω/km；k=2．相對擴展不確定度0.17%,滿足要求．

3 總結(jié)

通過檢測可以得出該樣品的導體電阻R20=7.3675 Ω/km，擴展不確定度U=1.288×10-2Ω/km，k=2．綜合分析測量原理和過程，得出測量相關(guān)的各個因素對檢測結(jié)果的影響，計算出各個不確定度分量及其靈敏系數(shù)，最后進行合成,得出合成不確定度和擴展不確定度，得出不確定度滿足標準規(guī)范要求，用不確定度對測量結(jié)果及其質(zhì)量進行評定、表示和比較，是不同學科之間交往的需要，也是測量技術(shù)發(fā)展的需要．控制好檢測過程中各個相關(guān)參數(shù)，確保檢測數(shù)據(jù)的精確和檢測報告的準確性、客觀性．

[參考文獻]

[1] GB/T 3956-2008《電纜的導體》[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2] JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》[S].北京：中國標準出版社，1999.

[3] GB/T 3048.4-2007.《電線電纜電性能試驗方法第4部分:導體直流電阻試驗》[S].北京：中國標準出版社，2007.

[4] 余 敏.電線電纜導體電阻測量結(jié)果的不確定度評定[J].測量與設(shè)備,2011(7):18-20.

[5] 謝景鋒,郭偉俊.導體電阻測量不確定度評定[J].廣東建材,2008(9):152-154.

[6] 胡 濤.電線電纜導體直流電阻測量不確定度評定報告[J].中國科技博覽,2010(34) :194-195.