直流電壓表檢定裝置測量不確定度分析與評(píng)定

　來克坡，孫加法，張慧娟

（三門峽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，河南三門峽472000）

直流電壓表檢定裝置測量不確定度分析與評(píng)定

來克坡，孫加法，張慧娟

（三門峽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，河南三門峽472000）

介紹了直流電壓表檢定裝置不確定度評(píng)定的一般方法、步驟、內(nèi)容和表示方法。通過對(duì)檢定裝置各輸入分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析評(píng)定，進(jìn)而合成直流電壓表檢定裝置不確定度，通過選取有代表性的直流電壓表，來驗(yàn)證檢定裝置不確定度分析評(píng)定的可靠性，評(píng)定出測量不確定度的報(bào)告，為電子、電器類儀器儀表實(shí)驗(yàn)室測量時(shí)，確定引起測量不確定度輸入分量來源及其影響量，評(píng)定測量數(shù)據(jù)可靠性提供了一種方法。

直流電壓表檢定裝置；測量不確定度；自由度

目前，廣大科技工作者經(jīng)常進(jìn)行電子、電磁類儀器儀表的實(shí)驗(yàn)室測量，以期得到被測量儀器儀表測量量的準(zhǔn)確值。由于測量過程中，測量裝置本身的測量不確定度、被測量儀表的測量重復(fù)性、分辨力等因素都會(huì)對(duì)測量結(jié)果帶來影響，本文通過評(píng)定直流電壓表檢定裝置的不確定度，來說明實(shí)驗(yàn)室測量時(shí)，要考慮的各影響輸入分量帶來的測量數(shù)據(jù)不確定度、檢定裝置的檢定范圍等。

1　現(xiàn)狀概述

現(xiàn)場檢定的依據(jù)是：JJG124-2005《電流表、電壓表、功率表及電阻表》檢定規(guī)程［1］。檢定環(huán)境的環(huán)境溫度（22±2）℃，濕度（45%～65%）RH，無磁場干擾。

1.1檢定標(biāo)準(zhǔn)

測量儀器：JH-50型交直流儀表校驗(yàn)儀；

量程:交直流電壓：0～1 200 V；交直流電流：0～30 A；中值電阻：5Ω～25MΩ；

精度：DCV：±（0.02%讀數(shù)+0.01%滿量程）；

ACV：±（0.03%讀數(shù)+0.01%滿量程）；

DCI：±（0.02%讀數(shù)+0.01%滿量程）；

ACI:±（0.03%讀數(shù)+0.01%滿量程）；

R:±（0.2%讀數(shù)+10MΩ）。

1.2檢定對(duì)象

直流電壓表T50，量程150 V，精度0.5級(jí)。

1.3檢定方法

采用對(duì)比法。檢定時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)儀器的粗細(xì)調(diào)節(jié)端，使被檢儀表的指示值達(dá)到預(yù)期值，讀取此時(shí)的測量設(shè)備的電壓讀數(shù)和被測儀表指示值，此時(shí)測量設(shè)備上的電壓顯示值即為測量的實(shí)際值。

2　數(shù)學(xué)模型

測量的數(shù)學(xué)模型是指：能過對(duì)輸入量的測量結(jié)果以及引入的值（輸入量）得到的被測量最佳估計(jì)值的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式稱之為測量的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型只是計(jì)算被測量的關(guān)系式，用它作為基礎(chǔ)，導(dǎo)出測量結(jié)果不確定度的關(guān)系式。

△u＝ux-un

其中，

△u為被檢電壓表的示值誤差；

ux為被檢電壓表的示值；

un為測量設(shè)備的電壓表讀數(shù)。

3　方差及傳播系數(shù)

方差就是測量的隨機(jī)誤差平方的期望（測量值與期望值之差是隨機(jī)誤差）。方差說明了隨機(jī)誤差的大小和測得值的分散程度，方差的值越小，說明測得值比較集中，越大表明測得值比較分散。

被測電壓表示值誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（△u）為：

4　每項(xiàng)輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

選一臺(tái)0.5級(jí)T50型直流電壓表，檢測點(diǎn)為150 V，使其指針指向150 V測量點(diǎn)，在重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，得到以下測量數(shù)據(jù)，詳見表1所列。

表1　 T50型直流電壓表測量重復(fù)性

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u1=2.6×10-3V

自由度：v1eff=n－1=9

4.2由被檢直流電壓表分辨力引入的不確定度分量u2

分辨力誤差，選用B類評(píng)定，由直流電壓表分辨力引入的誤差為0.5 V左右，所以半寬a=0.25 V，在測量區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子則

自由度:v2eff=∞

4.3由測量儀器準(zhǔn)確度帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

測量儀器的準(zhǔn)確度帶來的不確定度，可選用B類方法進(jìn)行評(píng)定。測量儀器經(jīng)上級(jí)檢定合格，準(zhǔn)確度等級(jí)為DCV：±（0.02%讀數(shù)+0.01%滿量程），直流150 V量程的最大允許誤差為±0.06 V，所以其半寬度a=0.06 V，均勻分布，包含因子，標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下

自由度:v3eff=∞

4.4由測量儀器的分辨力帶來的不確定度分量u4

測量儀器的分辨力帶來的不確定度分量，選用B類方法評(píng)定。檢定裝置的檢定證書給出直流電壓150 V量程的分辨力為0.002 V，所以半寬a=0.001 V，在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子

自由度:v4eff=∞

5　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

測量不確定度是指：根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)，測量不確定度是目前對(duì)于誤差分析中的最新理解和闡述。標(biāo)準(zhǔn)不確定度就是以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的測量不確定度。而合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度又稱合成標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度，由在一個(gè)測量模型中各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度獲得的輸出量的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度。

5.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所列。

表2　標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

5.2合成不確定度

由于各個(gè)分量相互獨(dú)立，所以其合成不確定度按下列算式得到：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

5.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度veff

JJF1059-1999《測量不確定評(píng)定與表示》對(duì)自由度的定義為：在方差的計(jì)算中，和的項(xiàng)數(shù)減去對(duì)和的限制數(shù)。自由度反映的是相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差的可靠程度。即veff是表示標(biāo)準(zhǔn)不確定度的可靠程度，veff越大，表示標(biāo)準(zhǔn)不確定度越可靠，相反，自由度越小，標(biāo)準(zhǔn)不確定度越不可靠。

veff=∞

6　擴(kuò)展不確定度的評(píng)定[3]

擴(kuò)展不確定度就是合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與一個(gè)大于1的數(shù)字因子的乘積。該因子取決于測量模型中輸出量的概率分布類型及所選取的包含概率。

取置信概率：p=95%，veff=∞，k=2

擴(kuò)展不確定度:U95=k×uc=2×1.4×10-1=（2.8×10-1）V

相對(duì)擴(kuò)展不確度定度:Urel=2.8×10-1V/150 =0.18﹪（k=2）

7　直流電壓不確定度驗(yàn)證

取一塊穩(wěn)定的T50型直流電壓表，量程150 V，精度0.5級(jí)，用該測量儀器測量后，送省一級(jí)計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，測量數(shù)據(jù)如表3所列。

表3　 T50直流電壓表上級(jí)檢定結(jié)果

本測量設(shè)備誤差等級(jí)為：DCV：±（0.02%讀數(shù)+ 0.01%滿量程）

擴(kuò)展不確定度U1=0.28 V；上級(jí)檢定裝置的擴(kuò)展不確定度U2=0.000 3 V.

8　測量不確定度的報(bào)告與表示

它是定量表示測量結(jié)果質(zhì)量的一種方法，測量不確定度報(bào)告最終給出的就是測量值的一個(gè)區(qū)間分布。測量不確定度從根本上改變了將測量誤差分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的傳統(tǒng)分類方法，它在可修正的系統(tǒng)誤差修正以后，將余下的全部誤差劃分為可以用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算（A類分量）和其他方法估算出類分量）兩類誤差。

JH-50型交直流儀表校驗(yàn)儀直流電壓測量檔，

不確定度:U95=k×uc=2×1.4×10-1V=2.8 ×10-1V

也可以表示成被測量：Y=（150±2.8×10-1）V

相對(duì)擴(kuò)展不確定度:Urel=2.8×10-1V/150 V =0.18﹪（k=2）

有效自由度：veff=∞.

9　結(jié)束語

本JH-50型交直流儀表校驗(yàn)儀可以開展0.5級(jí)及以下直流電壓表的檢定工作。依此不確定度評(píng)定為基礎(chǔ)編制的《三門峽市交直流電壓、電流表檢定裝置計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告》通過河南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的審批，建立了《三門峽市交直流電壓、電流表檢定社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》，作為統(tǒng)一三門峽市電壓、電流量值，對(duì)三門峽市實(shí)施社會(huì)計(jì)量監(jiān)督、量值傳遞，計(jì)量仲裁和社會(huì)公正服務(wù)的依據(jù)。

［1］JJG124-2005，電流表、電壓表、功率表及電阻表檢定規(guī)程［S］.

［2］葉德培，金華彰，等.二級(jí)注冊(cè)師基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)實(shí)務(wù)［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2011，（11）：191-206.

［3］余時(shí)帆，余盈，潘子升.直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入數(shù)字顯示儀表示值誤差測量不確定度的評(píng)定［J］.工業(yè)計(jì)量，2009，（4）：38-40.

The Analysis and Evaluation on Dc voltmeter TestDevice and Uncertainty ofMeasurement

LAIKe-po，SUN Jia-fa，ZHANG Hui-juan
（The Center of Quality and Technology Supervision，Inspection and Testing of San Menxia City，Sanmenxia Henan 472000，China）

It introduced general methods，steps，content and expressing methods of evaluating DC voltmeter calibration device uncertainty in the paper.By analyzing and evaluating each input component standard uncertainty of calibrating device，and that synthesizes the uncertainty of DC voltmeter meter calibration device，to choose typical DC voltmeter to verify the reliability of analysis and evaluation of the uncertainty of verification device，and that to evaluate themeasuring uncertainty report.To provide amethod for causing tomeasure the Uncertainty input component source and its influence quantity，and the reliability of evaluating and measuring data when measures using electronic and electrical instrumentation in laboratory.

dc voltmetermeter calibration device；uncertainty ofmeasurement；degree of freedom

TM933.2

A

1672-545X（2016）06-0147-03

2016-03-05

來克坡（1976-），男，河南三門峽人，本科，工程師，主要從事電器儀表檢定檢測；孫加法（1964-），男，河南三門峽人，助理工程師，大專，主要從事電器儀表檢定檢測；張慧娟（1979-），女，河南三門峽人，大專，助理工程師，主要從事電能表檢定。