測量不確定度在低壓電器檢測中的運用

鄧偉清

摘 要：測量不確定度是表示被測量之值分散性的參數(shù)，在進行測量不確定度在低壓電器檢測評定時，分析各分量的大小，尋找檢測過程中各種因素對檢測結(jié)果的影響及程度，并對不確定度的評定加以驗證，使測量不確定度在低壓電器檢測中更好應用。

關(guān)鍵詞：測量；不確定度；低壓電器

當前，我國采用ISO9001《質(zhì)量體系設計、開發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務的質(zhì)量保證模式》和《測量不確定度評估和報告通用要求》對測量不確定度評估作了相應規(guī)定，測量不確定度的評估對檢測實驗室既是必須的也是必要的。本文就《檢測和校準實驗室能力認可準則》對測量不確定度的要求和在低壓電器檢測中的應用加以分析討論。

1 測量不確定度的簡介

測量不確定度的定義是：與測量結(jié)果相聯(lián)系參數(shù)，表征合理地賦予被測量數(shù)值的分散性。它是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量的參數(shù)，只表明對測量結(jié)果有效性、可信性的懷疑程度或者不肯定程度。不確定度的研究對象是測量結(jié)果本身，其含義不同于誤差，而是表示由于隨機影響和系統(tǒng)影響的存在而對測量結(jié)果不能肯定的程度。故在進行不確定度分析時，應充分考慮各種影響因素，并對不確定度的評定加以驗證。

2 測量不確定度的應用原理

測量不確定度從詞義上理解，意味著對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個參數(shù)。實際上由于測量不完善和人們的認識不足，所得的被測量值具有分散性，即每次測得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個區(qū)域內(nèi)的許多個值。雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個不變值，只能認為它是以某種概率分布存在于某個區(qū)域內(nèi)，而這種概率分布本身也具有分散性。

為了表征這種分散性，測量不確定度用標準（偏）差表示。在實際使用中，往往希望知道測量結(jié)果的置信區(qū)間，因此，在本定義規(guī)定：測量不確定度也可用標準（偏）差的倍數(shù)或說明了置信水準的區(qū)間的半寬度表示。

3 測量不確定度的評估

測量不確定度是以測量結(jié)果為中心，其評定過程現(xiàn)了對測量不確定度主要來源確定過程，并建立數(shù)學模型和采用相應的修正方法來確定最終的測量不確定度。 測量結(jié)果的不確定度一般來源于：被測對象、測量設備、測量環(huán)境、測量人員和測量方法，這些來源反映出隨機影響和系統(tǒng)影響。由此，也導出了不確定度評定方法，用非統(tǒng)計方法評定的不確定度。

不確定的評定是一種非統(tǒng)計的方法，其根據(jù)以往測量數(shù)據(jù)、校準證書數(shù)據(jù)、對儀器性能經(jīng)驗等估計的。不確定度為：UB=b/kj式中 b—誤差源的誤差限，kj—與誤差分布和誤差限取值概率有關(guān)的因數(shù)。

在此基礎(chǔ)上，把所有標準不確定度分量進行合成得出與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的不確定度總值，成為合成不確定度。其數(shù)學公式為：Uc（x）=[U2（x1）+U2（x2）+…]1/2 而在實際觸覺的檢測測量結(jié)果的報告中，一般要給出在特定置信概率下的擴展不確定度，以此表明被測量的真值以所指的置信概率處于置信區(qū)間內(nèi)。其數(shù)學公式為：U=k Uc（x），其中k為包含因子，能反映所要求的置信概率。

4 不確定度評定在檢測中的應用

4.1 檢測結(jié)果的報告。中國合格評定國家認可委員會（以下簡稱CNAS）認可的檢測實驗室必須執(zhí)行不確定度的評定政策，根據(jù)需要制定評定程序、方法和步驟。編制各領(lǐng)域中各種檢測參數(shù)不確定度的評定作業(yè)指導書，按規(guī)定要求給出不確定度。

4.2 檢測過程的控制。檢測不僅會開展不確定度的評定，更重要的是應充分利用不確定度評定過程中各分量的分析，確定可能對檢測結(jié)果有影響的服務與供應品、設施與環(huán)境條件和設備等因素，根據(jù)不確定度分量的大小和對檢測質(zhì)量的影響程度，決定如何對各種用途的低壓電器進行科學、合理分區(qū)布局和必要的限制。明確在什么時候需要監(jiān)測、控制和記錄，使檢測環(huán)境條件能滿足檢測工作的需要，又可減少不必要的無效勞動。為正確配置和選購儀器設備提供參考，指導儀器設備的檢定、校準。如果某儀器設備對檢測結(jié)果總的不確定度幾乎沒有影響，可將評定結(jié)果作為該儀器設備不必進行檢定的依據(jù)。

4.3 質(zhì)量控制和技術(shù)判定。在開展檢測工作前進行不確定度評定，對檢測結(jié)果的表達和正確確定有效位數(shù)是非常必要的，同時也可確定檢測方法的選擇是否正確。如果方法已給出不確定度，則可根據(jù)得到的不確定度判斷本實驗室的檢測條件是否符合要求。在檢測方法確認或預試驗時，如果得到的不確定度小于或等于已給的不確定度，說明實驗條件符合要求；如果大于已給的不確定度，說明實驗條件不符合要求，應查找原因，依次改變條件直至合適為止。在實施質(zhì)量控制工作、開展期間核查、對檢定/校準結(jié)果進行技術(shù)判定等方面，均需要利用不確定度數(shù)據(jù)才能對其結(jié)果進行科學、有效和實用的判定。

5 測量不確定度得示例

5.1 試驗方法：在對低壓斷路器進行脫扣特性和極限試驗項目中，會要求判定瞬時脫扣器是否會在試驗電流為短路整定電流的120%條件下，在0.2s內(nèi)動作。 以額定電流100A，短路整定電流是10In為例，此試驗電流值為1200A，其獲得是在斷路器在合位狀態(tài)下的試驗回路里，通過調(diào)節(jié)多磁路調(diào)變成套設備輸出小電流120A，電流未定后斷開斷路器，用數(shù)字熒光示波器測得此時的電壓值U1；由 I=U/R公式可得，在試驗回路電阻R不變的條件下，I與U成正比關(guān)系。因此，繼續(xù)調(diào)節(jié)多磁路調(diào)變成套設備到示波器顯示10U1，然后斷開試驗回路電源；把斷路器恢復至合位，再次開啟試驗電源，即可得到要求的試驗電流；同時，當斷路器斷開后，數(shù)字熒光示波器可記錄動作時間和試驗電流值。

5.2 數(shù)學模型：被測電流可以直接由數(shù)字熒光示波器的刻度直接讀取i=I，式中i—被測電流值，I—數(shù)字熒光示波器示值.

5.3 方差與傳播系數(shù)：由于被測電流是直接由數(shù)字熒光示波器直接讀取，故被測電流的不確定度就是數(shù)字熒光示波器示值的不確定度，評定分量標準不確定度，根據(jù)本實驗的的實際情況，不存在重復觀測，因而采用非統(tǒng)計方法評定的不確定度評定方法。

6 評定與表示測量不確定度的步驟

6.1 分析測量不確定度的來源，列出對測量結(jié)果影響顯著的不確定度分量。

6.2 評定標注不確定度分量，并給出其數(shù)值ui和自由度vi。

6.3 分析所有不確定度分量的相關(guān)性，確定各相關(guān)系數(shù)ρij。

6.4 求測量結(jié)果的合成標準不確定度，則將合成標準不確定度uc及自由度v。

6.5 若需要給出展伸不確定度，則將合成標準不確定度uc乘以包含因子k，得展伸不確定度U=kuc。

6.6 給出不確定度的最后報告，以規(guī)定的方式報告被測量的估計值y及合成標準不確定度uc或展伸不確定度U，并說明獲得它們的細節(jié)。

7 結(jié)語

不確定度是世界公認的用來評定測量結(jié)果質(zhì)量的參數(shù)。充分利用測量不確定度的評估來識別各種因素對檢測結(jié)果質(zhì)量的影響，才可能對檢測方法、設備、標準物質(zhì)、環(huán)境條件、被檢測物品的性能和狀態(tài)以及操作人員的技能進行全面分析，從而保證檢測結(jié)果的準確可靠。

參考文獻

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