直流四端式電橋檢定裝置不確定度分析與評(píng)定

蔣衛(wèi)理

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司送變電第一分公司，浙江 金華 321000)

直流四端式電橋檢定裝置不確定度分析與評(píng)定

蔣衛(wèi)理

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司送變電第一分公司，浙江 金華 321000)

主要討論了對(duì)直流四端式電橋檢定裝置不確定度如何進(jìn)行分析與評(píng)定，給出了該裝置不確定度分析中數(shù)學(xué)模型的建立方法，分析了不確定度的影響量，詳細(xì)闡述了分析與評(píng)定的過程，并進(jìn)一步指出了該直流四端式電橋可開展的電橋檢定范圍及驗(yàn)證方法。

直流四端式電橋；不確定度；檢定范圍；驗(yàn)證方法

0 引言

為了順利地開展直流四端式電橋的檢定工作，保證量值傳遞的一致性、正確性，保證使用中的直流四端式電橋測(cè)試數(shù)據(jù)的正確可靠，有必要對(duì)直流四端式電橋檢定裝置進(jìn)行不確定度分析評(píng)定。

1 概述

(1) 測(cè)量依據(jù)：JJG125—2004《直流電橋檢定規(guī)程》；(2) 環(huán)境條件：溫度(20±2) ℃，相對(duì)濕度40%～60%；(3) 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：四端式電橋檢定裝置型號(hào)為ZX71，出廠編號(hào)為054；(4) 測(cè)量范圍：10-3Ω、10-2Ω、10-1Ω、1 Ω、10 Ω、(1～11)×0.01 Ω；(5) 主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示；(6) 被測(cè)對(duì)象：出廠編號(hào)為06087028的QJ44直流四端式電橋；(7) 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源情況：上一級(jí)計(jì)量器具直流電橋、電阻箱檢定裝置，其不確定度Urel=3×10-5。

表1 各檔電阻準(zhǔn)確度

2 數(shù)學(xué)模型

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室檢定溫度在(20±2) ℃，相對(duì)濕度在40%～60%時(shí)，溫度的影響可忽略。

直流電橋的誤差數(shù)學(xué)模型為：

E=Rx-Rs

式中，E為直流電橋的示值誤差；Rx為被檢電橋的輸出實(shí)際值；Rs為四端式電橋檢定裝置的標(biāo)準(zhǔn)示值。

3 靈敏系數(shù)

Rx的靈敏系數(shù)：C1=?E/?Rx=1；

Rs的靈敏系數(shù)：C2=?E/?Rs=-1。

4 不確定度的來源

檢定裝置的合成不確定度u由下列不確定度分量構(gòu)成：(1) 重復(fù)性條件下由被測(cè)對(duì)象測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分項(xiàng)u1(A類評(píng)定)；(2) 四端式電橋校驗(yàn)裝置準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u2(B類評(píng)定)；(3) 四端式電橋檢定裝置傳遞誤差引起的不確定度分項(xiàng)u3(B類評(píng)定)。

5 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

5.1重復(fù)性條件下由被測(cè)對(duì)象測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分項(xiàng)(A類評(píng)定)

選一臺(tái)穩(wěn)定性良好的出廠編號(hào)為06087028的QJ44直流四端式電橋作被檢電橋，在四端式電橋檢定裝置檢讀數(shù)盤時(shí)，對(duì)被檢電橋的0.1 Ω進(jìn)行10次獨(dú)立的重復(fù)測(cè)量，得到以下一組數(shù)據(jù)：0.099 94 Ω、0.099 96 Ω、0.099 96 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 94 Ω。經(jīng)計(jì)算得到：

u(Rx)=s(yi)=0.000 008 2 Ω

故自由度γ(Rx)=10-1=9。

5.2四端式電橋校驗(yàn)裝置準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)(B類評(píng)定)

輸入量Rs的不確定度主要來自四端式電橋校驗(yàn)裝置誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Rs)，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。

估計(jì)Δu(Rs)/u(Rs)為0.10，則自由度γ(Rs)為50。

5.3四端式電橋檢定裝置傳遞誤差引起的不確定度分項(xiàng)(B類評(píng)定)

進(jìn)行溯源的標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度為Urel=3×10-5，則0.1 Ω的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω，與測(cè)量0.1 Ω時(shí)其允許誤差限0.04%×0.1 Ω=0.000 04 Ω比已經(jīng)可以忽略，故上級(jí)量值傳遞引入的不確定度可不考慮。

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

6.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于全部分量各不相關(guān)，是各自獨(dú)立的，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc計(jì)算為：

6.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度

≈58.3

7 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取置信概率p=95%、veff=50，查t分布表并將有效自由度近似取整為50得到：Kp=2.01。擴(kuò)展不確定度u95%=2.01×0.000 024 5=0.000 049 Ω。

8 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

測(cè)量電阻值在0.1 Ω時(shí)其示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：u95%=0.000 049 Ω，veff=50。

9 檢比例臂不確定度匯總

同理，檢比例臂的其他阻值也一一進(jìn)行分析評(píng)定，不確定度測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 檢比例臂不確定度匯總表

10 測(cè)量結(jié)果說明

10.1 結(jié)論

經(jīng)過上述計(jì)算可知：由四端式電橋檢定裝置和環(huán)境條件引起的電阻測(cè)量不確定度不超過0.2級(jí)被檢電橋允許誤差的1/3(0.2級(jí)被檢電橋允許誤差的1/3如下：10 Ω為0.006 7 Ω；1 Ω為0.000 67 Ω；0.1 Ω為0.000 067 Ω；0.01 Ω為0.000 006 7 Ω；0.001 Ω為0.000 000 67 Ω)，依據(jù)JJF1033—2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》，由該四端式電橋檢定裝置所建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)其測(cè)量不確

定度符合《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》和《直流電橋檢定規(guī)程》要求，可以開展0.2級(jí)及以下直流四端式電橋的檢定工作。

10.2 結(jié)論的驗(yàn)證

依據(jù)JJF1033—2008，可采用傳遞比較法對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證：用該四端式電橋檢定裝置測(cè)量一穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象：型號(hào)為QJ44、出廠編號(hào)為507100的直流四端式電橋，然后將該被測(cè)對(duì)象送上一級(jí)檢定部門進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 測(cè)量數(shù)據(jù)

∣Y1-Y2∣=0.000 02 Ω

本標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度u1=0.000 049 Ω，上一級(jí)檢定部門的擴(kuò)展不確定度u2=0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω。

可見：

以上傳遞比較法的結(jié)果符合JJF1033—2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》要求。

11 結(jié)語

本文闡述了如何分析與評(píng)定直流四端式電橋檢定裝置不確定度，使復(fù)雜深?yuàn)W的直流四端式電橋檢定裝置不確定度評(píng)定變得簡(jiǎn)潔明了。檢定裝置不確定度分析與評(píng)定的目的大多是建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，文章最后指出了直流四端式電橋可開展的電橋檢定的范圍及驗(yàn)證方法，滿足建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際需要，具有一定的參考價(jià)值。

[1]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示指南[M].中國(guó)計(jì)量出版社，2005

[2]JJF1033—2008 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S]

[3]JJG125—2004 直流電橋檢定規(guī)程[S]

2014-11-17

蔣衛(wèi)理(1963—)，女，浙江金華人，高級(jí)技師，工程師，從事電測(cè)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等工作。