數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定

許城霞+方舟

摘 要：近幾年測量不確定度的評定應(yīng)用得越來越廣泛，包括測量儀器的計量校準(zhǔn)、實驗室認(rèn)可、質(zhì)量管理及建標(biāo)復(fù)查等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了準(zhǔn)確地描述測量結(jié)果，定時校準(zhǔn)非常必要。該文就數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置對高精度儀表測量不確定度進(jìn)行分析，找出不確定度的影響因素，并對其進(jìn)行評估，給出電流、電壓、電阻的合成及擴(kuò)展不確定度，如實反映了測量的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：測量不確定度 標(biāo)準(zhǔn)裝置 數(shù)字多用表

中圖分類號：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0039-03

數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置主要用于檢定/校準(zhǔn)低精度等級的數(shù)字多用表，為了保證量值傳遞的準(zhǔn)確可靠，為了縮短量值傳遞的時間，滿足科研和生產(chǎn)的實際需要，更好地為科研生產(chǎn)服務(wù)，遂建立該項測量標(biāo)準(zhǔn)。該項測量標(biāo)準(zhǔn)可用于檢定/校準(zhǔn)在相應(yīng)測量范圍內(nèi)且精度低于其不確定度的數(shù)字多用表的交直流電壓、交直流電流、直流電阻等5項功能參數(shù)。

1 測量標(biāo)準(zhǔn)的組成和工作原理

該標(biāo)準(zhǔn)裝置由1臺34401A數(shù)字萬用表，1臺YS87B可程控多功能標(biāo)準(zhǔn)源，以及1臺ZX84直流電阻箱組成。YS87B可程控多功能標(biāo)準(zhǔn)源輸出精度可達(dá)5位半，穩(wěn)定性好，可直接用于四位半多用表及四位半以下的數(shù)字多用表的校準(zhǔn)和檢定。通過HP34401A數(shù)字多用表的監(jiān)視測量，該標(biāo)準(zhǔn)裝置可實現(xiàn)五位半及以下數(shù)字萬用表的計量/檢定工作。

1.1 測量方法

該標(biāo)準(zhǔn)裝置按其原理，依據(jù)檢定規(guī)程規(guī)定的方法進(jìn)行測量，對于高精度表，用HP34401A表和YS87B可程控多功能標(biāo)準(zhǔn)源（或ZX直流電阻箱）進(jìn)行比對校準(zhǔn)。

1.2 輸出量

根據(jù)計量/檢定線路，對34401A數(shù)字多用表進(jìn)行評定，YS87B給出評定點信號，34401A進(jìn)行測量給出標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3 環(huán)境條件

校準(zhǔn)實驗室溫度為18 ℃～22 ℃，濕度為45%RH～65%RH。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

，式中為測量結(jié)果，為標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 方差和靈敏系數(shù)

靈敏系數(shù)：c=1； 方差：。

2.3 不確定度來源

不確定度來源包括YS87B和34401A的不確定度影響因素，對高精度多用表由于采用對比校準(zhǔn)法，YS87B的源數(shù)據(jù)僅供參考，其精度由數(shù)字表控制，僅考慮YS87B短期穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響，評定主要的不確定度來源如下。

（1）34401A的分辨力引入的不確定度分量。

（2）34401A的年變化量引入的不確定度分量。

（3）上級檢定引入的不確定度分量。

（4）YS87B短期穩(wěn)定性引入的不確定度分量。

3 不確定度評定

3.1 直流電壓

評定10 V量程10 V點。

（1）3440A的10 V量程分辨力為10 μV，并經(jīng)檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，則 μV。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差為±0.005%，即10 V允差為±0.5 mV，并經(jīng)檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，則μV。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為60μV，包含概率95%，故μV。

（4）通過對YS87B信號源進(jìn)行短期（5 min）穩(wěn)定性測量，測量6次，得YS87B信號源10V輸出電壓5 min內(nèi)的最大值為 10.000 04 V，最小值為10.000 00，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μV

由于各分量獨立不相關(guān)，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的直流電壓合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

μV

擴(kuò)展不確定度，取包含因子， μV。

相對擴(kuò)展不確定度。

3.2 直流電流

評定100 mA量程100 mA點。

（1）34401A的100 mA量程分辨力為100 μA，并經(jīng)檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為：±70μA，并經(jīng)檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（3）由上級檢定引入的不確定度分量為0.1μA，包含概率為95%，故 μA。

（4）通過對YS87B信號源進(jìn)行短期（5 min）穩(wěn)定性測量，測量6次，得YS87B信號源100 mA輸出電流5 min內(nèi)的最大值為100.000 4 mA，最小值100.000 2 mA，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μA

由于各分量獨立不相關(guān)，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的直流電流合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

μA

擴(kuò)展不確定度，取包含因子， μA。

相對擴(kuò)展不確定度。

3.3 交流電壓

評定10 V量程10 V/50 Hz點。

（1）3 4401A的10 V量程分辨力為10 μV，并經(jīng)檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，則2.89μV。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的允許誤差為±（0.007～0.05）%，即10 V允差為±5 mV，并經(jīng)檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，則μV。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為4 650 μV，包含概率95%，故μV。

（4）通過對YS87B信號源進(jìn)行短期（5min）穩(wěn)定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 V輸出電壓5 min內(nèi)的最大值為V，最小值為，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μV

由于各分量獨立不相關(guān)，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的交流電壓合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

≈3706.82μV

擴(kuò)展不確定度，取包含因子， 7413.64μV。

相對擴(kuò)展不確定度。

3.4 交流電流

評定100 mA量程100 mA/50 Hz點。

（1）34401 A的10 mA量程分辨力為1μA，并經(jīng)檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子， μA。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為： ±60μA，并經(jīng)檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為87μA，包含概率為95%，故μA。

（4）通過對YS87B信號源進(jìn)行短期（5 min）穩(wěn)定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 mA輸出電流5 min內(nèi)的最大值為 mA，最小值mA，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μA

由于各分量獨立不相關(guān)，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的交流電流合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

μA

擴(kuò)展不確定度，取包含因子， μA。

相對擴(kuò)展不確定度。

3.5 直流電阻

評定10 kΩ量程10 kΩ點。

（1）34 401 A的10 KΩ量程分辨力為10 mΩ，并經(jīng)檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，mΩ。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為： ±6Ω，并經(jīng)檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，mΩ。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為60 mΩ，包含概率為95%，故mΩ。

（4）通過對YS87B信號源進(jìn)行短期（5 min）穩(wěn)定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 kΩ輸出電阻5 min內(nèi)的最大值為=10.0000 05 kΩ，最小值KΩ，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

mΩ

由于各分量獨立不相關(guān)，則標(biāo)準(zhǔn)裝置的電阻合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

mΩ

擴(kuò)展不確定度，取包含因子， mΩ。

相對擴(kuò)展不確定度。

同理可得DCI不確定度：3～10 A：；ACI不確定度：3～10 A：。

4 結(jié)語

該標(biāo)準(zhǔn)裝置可實現(xiàn)五位半及以下數(shù)字萬用表的計量/檢定工作，通過數(shù)學(xué)模型的建立，結(jié)合上述分析和計算得到該數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、電阻各項參數(shù)的擴(kuò)展不確定度。綜合儀表的測量范圍，我們可評定該數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對擴(kuò)展不確定度，見表6，從而在實際應(yīng)用中如實反映測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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