電鉆電量測量不確定度分析與計算

■文/沈 剛

電鉆電量測量不確定度分析與計算

■文/沈 剛

電動工具在檢測過程中，由于檢測環(huán)境、使用儀器、操作規(guī)范及檢測不完善等因素，使得檢測的各個相關(guān)的參數(shù)之間有離散性，所以往往人們對這個檢測結(jié)果是存在懷疑的。為了較準(zhǔn)確的評估產(chǎn)品，確定檢測結(jié)果的可信度，提出測量不確定度的概念：表征合理的賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等7個國際組織于1993年聯(lián)合發(fā)布了《測量不確定表示指南》，國家質(zhì)檢總局2012年批準(zhǔn)頒布了JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示方法》。遵循這些標(biāo)準(zhǔn)，對電鉆型式試驗中主要的測試項目的不確定度來源進行分析，并建設(shè)數(shù)學(xué)模型，計算了這些不確定度。

測量不確定度的概念與評定方法

測量不確定度是表征合理的賦予被測量之值的分散性、與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

測量不確定度一般來源于隨機性和模糊性，前者因為條件不充分，后者因于事務(wù)本身概念不明確。測量不確定度一般由許多分量組成，其中一些分量具有統(tǒng)計性，另一些分量具有非統(tǒng)計性。所以，這些不確定度來源，若影響到測量結(jié)果，都會對測量結(jié)果的分散性做出貢獻。也就是說，由于這些不確定度來源的綜合效應(yīng)，使測量結(jié)果的可能值服從某種概率分布?？梢杂酶怕史植嫉臉?biāo)準(zhǔn)偏差來表示測量不確定度，它表示測量結(jié)果的分散性；也可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)或用具有一定置信區(qū)間的半寬度來表示測量不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的A類評定基于頻率分布，B類評定基于先驗分布。A類、B類評定是兩種不同的評定方式，其本質(zhì)是相同的。

用對觀察測量進行統(tǒng)計分析的方法來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，稱為不確定度的A類評定，也稱為A類不確定度評定。用根據(jù)經(jīng)驗或資料及假設(shè)的概率分布估計的標(biāo)準(zhǔn)偏差表征標(biāo)準(zhǔn)不確定度，就稱為不確定度的B類評定，也稱為B類不確定度評定。

不確定度分量的評定方法見表1。

表1 各不確定度分量評定方法表

電量測量不確定度分析與計算

按GB3883.1-2008及GB3883.6-2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電鉆電量測量有起動測試、輸入功率和電流測量三個項目。

一、起動測試

1.測試方法

按GB3883.1-2008中［10.1］條規(guī)定實施測試，在0.85Un下空載起動10次。

2. 測試設(shè)備

表2 起動測試中使用及影響評定的設(shè)備清單

3. 試驗記錄

表3 起動試驗測量數(shù)據(jù)記錄

在電參數(shù)儀上顯示的10個電壓值Ui列于表3。

起動次數(shù)n=10，起動電壓

4. 測量不確定度分析

（1）數(shù)學(xué)建模

每次起動測試的實時電壓為電參數(shù)儀顯示電壓，即數(shù)學(xué)模型為Y=X

（2） 測量不確定度來源分析

起動試驗臺精度；

起動試驗臺輸出電壓與測試臺顯示電壓有誤差；

實驗室電壓有波動；

由各種隨機因素引起的讀數(shù)不重復(fù)性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

讀數(shù)不重復(fù)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ1，按A類方法評定，由實測數(shù)據(jù)得試驗標(biāo)準(zhǔn)S（U）為：

故由讀數(shù)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

起動試驗臺精度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ2，按B類評定，根據(jù)其技術(shù)指標(biāo)確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a2為：

設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布（矩形分布），取k2=1.73，故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ2為

起動試驗臺輸出電壓與測試臺顯示電壓之間的誤差引入的不確定度μ3，按B類評定，根據(jù)其校驗證書確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a3為：

a3=±0.02%×U=±0.02%×18 7.08V=±0.0374V

設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布（矩形分布），取k3=1.73，故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ3為：

實驗室電壓波動引入的不確定度μ4，按B類評定，根據(jù)儀器說明書給出的輸出電壓因素確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a4為：

a4=0.05%×=0.0005×187.08V =0.0935V

設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布（矩形分布），取k4=1.73，故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ4為：

（4）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

由于上述四項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量之間不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度μc為：

（5）確定擴展不確定度

取包含因子k=3，故擴展不確定度U為：

（6）測量不確定度的表示

起動測試的測量結(jié)果合格。測試時的實際電壓值電壓為：

二、輸入功率

1. 測試結(jié)果

試驗記錄見表4。

表4 輸入功率測試試驗記錄表

按GB3883.1-2008規(guī)定對該電鉆進行輸入功率測試，對其測試結(jié)果進行不確定度分析及計算

2. 測試方法

按GB3883.1-2008中［11.1］條規(guī)定實施測試。變頻電源控制測試電壓、頻率，設(shè)備預(yù)運行完畢后，工具運行15min以上至穩(wěn)定狀態(tài)，記錄空載功率。判斷額定功率是否為空載功率的110%倍，進而判定此項目的合格性。

3. 測試設(shè)備

表5 輸入功率測試中使用及影響評定的設(shè)備清單

4. 數(shù)學(xué)建模

電參數(shù)儀直接顯示工具的空載功率，即數(shù)學(xué)模型為Y=X

三、測量不確定度分析

1. 測量不確定度來源分析

（1） 電參數(shù)儀顯示功率與工具實際輸出功率有誤差；

（2） 由各種隨機因素引起的讀數(shù)不重復(fù)性。

2. 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

（1）各不確定度分量的評定

讀數(shù)不重復(fù)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ2，按A類方法評定，由實測數(shù)據(jù)得試驗標(biāo)準(zhǔn)S（P）為：

故由讀數(shù)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

電參數(shù)儀顯示功率與工具實際輸出功率誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ2，按B類方法評定，根據(jù)其說明書確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a2為：

a2=±（0.25%×999.9+ 0.25%×446.78）=±3.6166W

設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布（矩形分布），取k2=1.73，故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ2為：

（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

由于上述四項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量之間不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度μc為：

3.確定擴展不確定度

取包含因子k=2，故擴展不確定度U為：

U=kμc=2×2.0998=4.1996W

4. 測量不確定度的表示

測試所得的空載功率為：

P=446.78W

U=4.1996W

k=2

（作者單位：江蘇省啟東市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所）