鉗形電流表的不確定度評(píng)定

文/陳韶淼

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鉗形電流表的不確定度評(píng)定

文/陳韶淼

1　概述

測(cè)量不確定度是以誤差理論為基礎(chǔ)的，它表征測(cè)量值的分散程度。不確定度因素包括被測(cè)設(shè)備本身的不穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)源的不確定度、測(cè)量環(huán)境的擾動(dòng)（如溫度差引入的不確定度）、測(cè)量分辨力等。由于鉗形電流表的量程較多，對(duì)于不同量程，其測(cè)量不確定度也不相同，需要分別評(píng)定。

1.1測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

多產(chǎn)品校準(zhǔn)器5522A，跨導(dǎo)放大器52120A，線圈52120A/COIL 3KA 25。

1.2數(shù)學(xué)模型如下：

△Y=YX-YN

式中：YX——被檢表的示值；

YN——被檢表的實(shí)際值；

△Y——被檢表示值的絕對(duì)誤差。

2　測(cè)量不確定度來(lái)源

2.1被測(cè)儀器YX測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u（YX）

輸入量YX的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（YX）的來(lái)源主要是被檢表的測(cè)量不重復(fù)引起，采用A類方法評(píng)定?？紤]到被測(cè)儀器在重復(fù)的條件下所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)的分散性包含了標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定度、調(diào)節(jié)細(xì)度誤差帶來(lái)的的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)裝置包含的分量可以忽略不計(jì)，因而不作另外分析。對(duì)一臺(tái)被檢表的每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，連續(xù)獨(dú)立測(cè)量10次，每次需重新調(diào)整零位，得一組測(cè)量數(shù)據(jù)。

計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

2.2標(biāo)準(zhǔn)裝置儀器YN引入的不確定度分量u（YN）

標(biāo)準(zhǔn)裝置儀器引入的不確定度分量用B類評(píng)定，可以查閱標(biāo)準(zhǔn)裝置的技術(shù)說(shuō)明書(shū)或者校準(zhǔn)證書(shū)提供的數(shù)據(jù)得到。a1——為測(cè)量點(diǎn)量程的最大允許誤差的半寬度k1——為包含因子

2.3被測(cè)儀器在其測(cè)量檔位的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

根據(jù)被檢表示值有效位數(shù)，其分辨力，在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，則其包含因子，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3　靈敏系數(shù)

根據(jù)測(cè)量模型△Y=YX-YN，各分量的靈敏系數(shù)為：

4　儀器的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度估算

上述各不確定度分量彼此獨(dú)立且不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式得到：

5　測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

以鉗形電流表日本共立2017型為例，對(duì)其0～2A量程的交流電流1A、50Hz進(jìn)行不確定度評(píng)定。

5.1u（YX）的評(píng)定

本儀器測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度可采用A類不確定度方法評(píng)定。某次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　某次儀器測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度實(shí)測(cè)表

用貝塞爾公式計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5.2 u（YN）的評(píng)定

經(jīng)上級(jí)傳遞合格，根據(jù)說(shuō)明書(shū)可得標(biāo)準(zhǔn)儀器的在0～2A的準(zhǔn)確度±（0.16%RD）A，因而其在測(cè)量點(diǎn)1A的半寬度區(qū)間a1=0.0016A，若其區(qū)間均勻分布，則包含因子，因此A類不確定度計(jì)算如下：

5.3被測(cè)儀器在0～2A檔位的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（YX1）的評(píng)定

根據(jù)被檢表示值有效位數(shù)，其分辨力δX=0.1A，在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，則其包含因子，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算如下：

5.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

5.4.1文中上述各不確定度分量的匯總及計(jì)算，如表2所示。

表2　各不確定度分量數(shù)據(jù)表

5.4.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的估算

上述各不確定度分量彼此獨(dú)立而且不相關(guān)，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算如下：

5.4.3擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

假如取包含概率為p=95%，則包含因子為k=2，因此擴(kuò)展不確定度計(jì)算如下：

6　校準(zhǔn)不確定度的驗(yàn)證

測(cè)量結(jié)果與不確定度應(yīng)滿足|ylab-yref|≤Ulab2+Uref2

式中：ylab、Ulab分別為此次所述計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果與不確定度；

yref、Uref分別為比對(duì)驗(yàn)證計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果與不確定度。

結(jié)果驗(yàn)證如表3。

表3　校準(zhǔn)不確定度驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)表

經(jīng)驗(yàn)證，檢定結(jié)果的驗(yàn)證符合要求。

7　結(jié)語(yǔ)

本次鉗形電流表的測(cè)量不確定度評(píng)定選擇了簡(jiǎn)單的直接比較法進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)鉗型電流表重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的交流電流，然后對(duì)各個(gè)不確定度分量評(píng)定分析，計(jì)算得出測(cè)量不確定度。最后將測(cè)量結(jié)果與其他標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室得出的參考值相比較，驗(yàn)證得到的測(cè)量結(jié)果是在合理范圍之內(nèi)，驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明采用上述方法對(duì)鉗形電流表的不確定度評(píng)估，所得出的結(jié)論完全滿足不確定度評(píng)定要求。

作者簡(jiǎn)介：陳韶淼（1986-），男，助理工程師，本科，任職于廣州粵能電力科技開(kāi)發(fā)有限公司，從事電氣計(jì)量相關(guān)工作研究。