電學(xué)計(jì)量中測(cè)量不確定度評(píng)定方法的運(yùn)用

孫明珠 王中禹 趙媞

摘 要：在我國(guó)當(dāng)今的市場(chǎng)，不確定評(píng)定的能力越來(lái)越重要，在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中占有重要的地位?；诖?，本文就電學(xué)計(jì)量中測(cè)量不確定度評(píng)定方法的運(yùn)用進(jìn)行粗淺的探討。

關(guān)鍵詞：電學(xué)計(jì)量；不確定度評(píng)定；運(yùn)用

在使用電學(xué)儀器進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際的數(shù)據(jù)有一定的差別的情況，這個(gè)在開(kāi)始之初被解釋為“誤差”，因?yàn)殡妼W(xué)測(cè)量的嚴(yán)謹(jǐn)性，也引起了很大的爭(zhēng)議，海森伯在電學(xué)的基礎(chǔ)上提出了不確定關(guān)系的相關(guān)理論，不確定理論被逐步引用并且得到廣泛的應(yīng)用。

1 不確定度的重要性

首先，不確定度的一個(gè)重要表現(xiàn)即是對(duì)不確定度的測(cè)量不是簡(jiǎn)單的誤差，誤差是試驗(yàn)中，是為了表達(dá)一個(gè)更接近實(shí)際數(shù)字的一個(gè)理想?yún)^(qū)間，是人為的最接近真實(shí)的一個(gè)數(shù)字，而不確定度在實(shí)際的試驗(yàn)中，有嚴(yán)格的計(jì)算和評(píng)定方法，有嚴(yán)格的步驟程序，所以區(qū)別于誤差。

其次，誤差只具有相對(duì)的參考作用，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)該避免，但是在實(shí)際的操作中卻不能具體的量化，而不確定度有這方面的優(yōu)勢(shì)，更加具有實(shí)用性，在對(duì)不確定度的評(píng)比過(guò)程中，要將其評(píng)比的結(jié)果具體的分為A類(lèi)和B類(lèi)，在操作中，也能將兩種評(píng)定方法根據(jù)實(shí)際情況，再來(lái)確定采用哪種，有很強(qiáng)的針對(duì)性。

2 測(cè)量方法

對(duì)于不確定度的測(cè)評(píng)是由建立數(shù)學(xué)模型作為第一部開(kāi)始的工作，在最后的一部還要將測(cè)評(píng)的一系列程序、步驟等，以報(bào)告的形式展現(xiàn)出來(lái)。為了表達(dá)被測(cè)量量與影響量之間的關(guān)系，建立一種數(shù)學(xué)模型是最為直接、有效的方法了，在具體的函數(shù)表達(dá)中，被測(cè)量量用y來(lái)表示，影響量用i來(lái)表示，即：

Y=f（X1，X2，…，XN）

數(shù)學(xué)模型的建立之初，必須將影響不確定度的任何有關(guān)數(shù)值都輸入到數(shù)學(xué)模型當(dāng)中去，建立好數(shù)學(xué)模型后，要仔細(xì)分析模型里面的分量，找出其具體的來(lái)源，在實(shí)際的測(cè)評(píng)里還應(yīng)該詳細(xì)記錄，這樣才能做到分量的不遺漏，不重復(fù)。不確定分量用u來(lái)表示，A類(lèi)和s類(lèi)測(cè)量不確定度的函數(shù)表達(dá)式分別為：

3 對(duì)泄漏電流測(cè)量?jī)x電壓示值誤差測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定

3.1 測(cè)量流程

3.1.1 準(zhǔn)備工作：首先，我們選取HL6626型號(hào)的漏電流測(cè)量?jī)x作為我們實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，實(shí)驗(yàn)的主要目的是對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，其環(huán)境溫度為（20±3）℃，這是最適合校準(zhǔn)的溫度，其相對(duì)濕度的條件為不得>70%，在實(shí)驗(yàn)中有嚴(yán)格的交流電流限制必須是50Hz，我們選擇在這類(lèi)試驗(yàn)中較為常用的F45的數(shù)字多用表。

3.1.2 原理敘述：漏電檢測(cè)儀，就是用來(lái)檢測(cè)電器在通電的時(shí)候通過(guò)絕緣類(lèi)似塑膠一樣的工具隔開(kāi)一些漏出的電流，從而達(dá)到檢驗(yàn)電流安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。它輸入阻止電流的代碼主要是為了保護(hù)身體的觸電。

3.1.3 測(cè)量流程：對(duì)于具有可調(diào)輸出電壓的隔離變壓器或由固定輸出電壓的隔離變壓器和可調(diào)輸出電壓的自藕變壓器組成的變壓器組合的被檢測(cè)試儀，首先對(duì)試驗(yàn)電壓進(jìn)行檢定。

試驗(yàn)電壓必須檢定四個(gè)點(diǎn)：電壓值的最大輸出及最小輸出、110V和220V輸出電壓值。

輸出電壓值必須測(cè)量?jī)纱危野凑諒男〉酱蟮捻樞?，最終平均值，就是輸出電壓實(shí)際測(cè)量值。

在調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓的過(guò)程中應(yīng)保持其連續(xù)平滑。在試驗(yàn)電壓為220V時(shí)用失真度測(cè)量?jī)x直接測(cè)量，電壓失真度最低不能超過(guò)5%。

我們用T1表示為可調(diào)輸出的隔離變壓器；V表示為測(cè)試儀的試驗(yàn)電壓指示儀表；試驗(yàn)電壓指示儀表的誤差，按照指示測(cè)試儀是模擬式，并根據(jù)下面的公式計(jì)算試驗(yàn)電壓誤差。

引用誤差：

相對(duì)誤差

在上面的計(jì)算中，γvm表示為試驗(yàn)電壓指示儀表引用誤差；γv表示為試驗(yàn)電壓指示儀表相對(duì)誤差；Ux表示為試驗(yàn)電壓指示儀表示值；U0表示為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表示值；Um表示為試驗(yàn)電壓指示儀表相應(yīng)量程上限值。

誤差輸出電壓最大為±5%。模擬式指示裝置的最大允許誤差為其所有刻度的引用誤差。

3.1.4 評(píng)定結(jié)果的使用范圍：符合上述條件的測(cè)量結(jié)果，可使用本不確定度的評(píng)定方法。

3.2 模型建立

r=VX-VN

在上面數(shù)字模型中，r表示為泄漏電流測(cè)量?jī)x電壓示值誤差；VX表示為被測(cè)泄漏電流測(cè)量?jī)x電壓示值；VN被測(cè)電壓實(shí)際值數(shù)量。

3.3 判定不準(zhǔn)確性

依據(jù)所測(cè)電流的誤差不準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)主要靠變量VX，VN

（1）不準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)u（Vx）的判定

變量Vb的不準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)u（Vx）產(chǎn)生的原因是在檢測(cè)漏電時(shí)的電流不連續(xù)波動(dòng)，主要運(yùn)用一類(lèi)方法進(jìn)行判定，用一輛漏電檢測(cè)儀，選取100伏電壓，在同等的環(huán)境下，也就是一樣的溫度類(lèi)似的溫度，而選取的同一兩輛檢測(cè)儀在連續(xù)工作抽樣檢查十次，并得到一組數(shù)據(jù)98.2，98.3，98.3，98.3，98.3，98.3，98.4，98.4，98.5，98.5。

選擇兩臺(tái)同等級(jí)別、同等型號(hào)、同等規(guī)格的漏電檢測(cè)儀，并在100伏電壓的情況對(duì)每臺(tái)檢測(cè)儀隨機(jī)重復(fù)上面所述同溫同濕的的環(huán)境進(jìn)行十次單獨(dú)的檢測(cè)，且各組檢測(cè)數(shù)據(jù)按照上面所說(shuō)的方法進(jìn)行計(jì)算然后就得到了本次檢測(cè)單組測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)誤差：S1=0.097V；S2=0.083V；S3=0.086V

組合抽樣樣本的標(biāo)準(zhǔn)差：

則：u（Vx）= 0.089V

（2）標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確性u(píng)（VN）的判定

變量VN的不準(zhǔn)確性的主要取決于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀的儀器的不準(zhǔn)確性。廠家在說(shuō)明書(shū)上指出交直流100伏電壓可以產(chǎn)生的誤差在0.2%前后正負(fù)移動(dòng)10個(gè)字。可以看作是在可移動(dòng)區(qū)間內(nèi)服從平均狀態(tài)分布，包括因子k=，則：u（Vn）=a/k=0.30V/=0.173V

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

（1）靈敏系數(shù)

數(shù)學(xué)模型：r=VX-VN

靈敏系數(shù)：c1==1 c2==-1

（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總情況：

當(dāng)不確定度來(lái)源為u（Vx）-被測(cè)表測(cè)量重復(fù)性時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.089V，ci為1，

cu（x）為0.089V。

當(dāng)不確定度來(lái)源為u（VN）-直流標(biāo)準(zhǔn)器不準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.173V，ci為-1，

cu（x）為0.173V。

3.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

若K值為2，擴(kuò)展不確定性：U=k×u （c r）=2×0.195V=0.4V

3.6 測(cè)量不確定度的報(bào)告

準(zhǔn)確度等級(jí)為5，走漏電流測(cè)量?jī)x電壓的偏差測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為：

衡量100V時(shí)， U=0.4V （k=2）

折算至不確定性為：

衡量100V時(shí)， U=0.4% （k=2）

4 結(jié)束語(yǔ)

在本文中通過(guò)對(duì)檢測(cè)電流不準(zhǔn)確性判定的研究，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出了檢測(cè)電流不準(zhǔn)確性分析的關(guān)鍵性和重要性，進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)最后得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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