交直流電壓表量值比對結(jié)果及分析

朱海東 沈朝暉 楊君德 金一鳴 / 上海市金山區(qū)計量質(zhì)量檢測所

0 引言

交直流電壓表是電測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀表，在科研領(lǐng)域、工業(yè)各個領(lǐng)域普遍應(yīng)用，占據(jù)相對重要的地位。為了解上海市郊區(qū)法定計量檢定機構(gòu)開展交直流電壓表量值傳遞工作的技術(shù)現(xiàn)狀及考核檢定人員的技術(shù)能力，確保交直流電壓表量值的準確可靠，從而更好地開展量值傳遞工作，根據(jù)《2017年上海市計量工作要點》和《2017年上海市計量比對計劃項目表》，上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局下達了2017年度上海市區(qū)級法定計量檢定機構(gòu)交直流電壓表量值比對任務(wù)。

1 技術(shù)背景

1.1 比對依據(jù)

依據(jù)JJG 124 - 2005《電流表、電壓表、功率表及電阻表》檢定規(guī)程； JJF 1117-2010《計量比對》；GB/T 15483-1999《利用實驗室間比對的能力驗證》；JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》；JJF 1033-2016《計量標準考核規(guī)范》進行比對。

1.2 比對組織實施

上海市金山區(qū)計量質(zhì)量檢測所作為本次比對的主導實驗室，主要負責比對實施方案的制定，組織比對的具體實施，提供穩(wěn)定可靠的傳遞標準，確定比對時間表，解決比對中各種技術(shù)問題，匯總并分析比對結(jié)果，起草比對總結(jié)報告，并上報上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局和上海市計量測試學會。上海市共有7家區(qū)級法定計量檢定機構(gòu)參加本次比對，參比實驗室對應(yīng)代碼為1～7。

按照比對實施方案的要求，本次比對選擇傳遞標準為0.5級、0～300/600 V的交直流電壓表。采用人員直接遞送的辦法，即將傳遞標準由專用包裝盒，由上一家參比實驗室的技術(shù)人員按約定時間將傳遞標準直接送到下一家參比實驗室進行比對實驗。7家參比實驗室分為兩組進行比對實驗，采用“花瓣式”比對路線（見圖1），主導實驗室在一個“花瓣”的參比實驗室試驗前后，對傳遞標準的示值進行一次測量，以驗證傳遞標準的穩(wěn)定性，以此確認這一個“花瓣”的參比實驗室數(shù)據(jù)是否有效。

圖1 比對路線

1.3 比對方案

參比實驗室依據(jù)各自單位的具體情況，只需采用各自單位相應(yīng)等級的標準裝置按JJG 124-2005的要求進行檢定，進行不確定度的評估，最后填寫統(tǒng)一的比對報告，并在規(guī)定的時間內(nèi)上報主導實驗室。由于交直流電壓表在滿量程的示值誤差最具有代表性，因此本次比對選取300 V和600 V，分為交流（頻率為50 Hz）和直流部分，以上行程的值進行不確定度評定。

2 傳遞標準的穩(wěn)定性、比對參考值的確定及比對結(jié)果處理

2.1 傳遞標準的穩(wěn)定性

比對開始后，在每次閉環(huán)結(jié)束前后，主導實驗室對傳遞標準進行了穩(wěn)定性的監(jiān)控測量，以確保整個比對期間傳遞標準交直流電壓表的穩(wěn)定、可靠。在比對期間傳遞標準的穩(wěn)定性均滿足要求。傳遞標準在比對期間的不穩(wěn)定性對測量結(jié)果引入的標準不確定度uei按式（1）計算，不穩(wěn)定性對測量結(jié)果引入的擴展不確定度Uei按式（2）計算。比對期間傳遞標準的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)及不穩(wěn)定性對測量結(jié)果引入的不確定度見表1。

式中：R—— 極差；

C—— 極差系數(shù)（本次測量次數(shù)為三次，查表得極差系數(shù)為1.69）

表1 比對期間傳遞標準的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)及不穩(wěn)定性對測量結(jié)果引入的不確定度

2.2 各參比實驗室上報的比對結(jié)果

各參比實驗室上報的比對結(jié)果見表2。

2.3 比對參考值的確定

采用更高等級的數(shù)字多用表8508A對傳遞標準進行測量所得的值和評定的擴展不確定度作為本次比對的參考值和參考值的擴展不確定度。數(shù)字多用表8508A的技術(shù)參數(shù)如下：

直流電壓1 000 V量程：MPE：±（0.000 55%×示值+0.000 05%×量程）。

交流電壓1 000 V量程，40 Hz～10 kHz：MPE：±（0.011 5%×示值+0.002%×量程）。

比對的參考值及其擴展不確定度見表3。

表2 各參比實驗室上報的比對結(jié)果及其擴展不確定度的匯總表

表3 比對的參考值及其擴展不確定度

2.3 比對結(jié)果處理——En值判定方法

1）結(jié)果評價方法

比對結(jié)果用En值對結(jié)果進行評定

式中：ylab—— 參比實驗室的測量值；

yref—— 參考值；

Ulab—— 參比實驗室的測量不確定度（k= 2）；

Uref—— 參考值的測量不確定度（k= 2）；

Uei—— 傳遞標準在比對期間的不穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響（k= 2）

2）比對結(jié)果一致性的判定原則

|En|≤1，為比對結(jié)果為滿意，|En|＞1，為比對結(jié)果為不滿意。

3 比對結(jié)果

本次量值比對工作，各實驗室非常重視，做了充分準備，比對過程認真仔細，實驗數(shù)據(jù)真實可靠。比對實驗從2017年8月1日開始至2017年9月12日結(jié)束，7家參比實驗室按比對實施方案要求完成了比對實驗，并在完成各自測量工作后在規(guī)定的時間內(nèi)提交了比對原始數(shù)據(jù)、比對報告和不確定度等相關(guān)資料。

各參比實驗室的En值以最終上報的比對結(jié)果進行計算，詳見表4。

表4 各參比實驗室的En值

由|En|值判斷結(jié)果可以看出，各參比實驗室的測量能力及不確定度評定符合要求，比對結(jié)果滿意。

4 比對結(jié)果分析

4.1 測量結(jié)果表述的規(guī)范性

在最終結(jié)果的報告中，表述應(yīng)規(guī)范；實施方案要求測量結(jié)果的讀數(shù)有效位數(shù)不少于5位，應(yīng)修約到其末位與不確定度末位一致，測量結(jié)果以上升值電壓值上報；不確定度評定時，300 V和600 V分別是交流（頻率為50 Hz）和直流部分，以上行程的值進行實驗標準偏差的計算，并以絕對形式上報。但有兩家測量結(jié)果以上行程和下行程的平均值來表示，有1家測量結(jié)果有效位數(shù)只有4位，有1家上報的測量結(jié)果中交流300 V有誤，有兩家擴展不確定度以相對形式來表示，有兩家擴展不確定度在交流300 V與直流600 V搞錯，有1家在比對結(jié)果報告中未填寫比對開始和結(jié)束日期 (經(jīng)核實確認后，5家參比實驗室重新遞交了比對結(jié)果報告）。

4.2 測量不確定度的評定

本次測量不確定度的評定依據(jù)采用了JJF 1059.1-2012和JJG 124 - 2005檢定規(guī)程相一致的評定方法。

在不確定度評定過程中，由被測交直流電壓表的測量不重復引起的標準不確定度有4家以測量二次平均值進行計算；有3家標準不確定度書寫錯誤，如u（VX）、u（VN） 寫成u（IX）、u（IN） 或 |Ci|u（Vi） 寫成|Ci|u（Ii）；有兩家把電壓單位V寫成電流單位A。有1家把標準器的準確度應(yīng)為：MPE：±(0.03%讀數(shù)+0.02%滿度)寫成了MPE：±(0.01%讀數(shù)+0.02%滿度)。

4.3 原始記錄及檢定證書規(guī)范性和完整性

檢定原始記錄和檢定證書的內(nèi)容應(yīng)符合檢定規(guī)程要求，檢定證書還應(yīng)滿足國家質(zhì)檢總局對檢定證書的要求。從提供的原始記錄及檢定證書看，部分參比實驗室的檢定人員對原始記錄和檢定證書規(guī)范性、完整性、一致性以及對JJG 124 - 2005檢定規(guī)程理解和掌握程度不夠，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）原始記錄、檢定證書的規(guī)范性、完整性

（1）原始記錄格式中未包含JJG 124 - 2005檢定規(guī)程中的全部檢定項目，有的原始記錄格式和檢定證書內(nèi)頁格式中缺少檢定項目如外觀檢查、偏離零位；有的原始記錄格式無檢定地點、平均值和標度尺長度，因為儀表標度尺和儀表準確度等級要確定修約間隔。

（2）有的原始記錄未填寫檢定證書編號、檢定結(jié)論、外觀檢查、量程和頻率等信息；有的原始記錄中檢定項目偏離零位僅填寫“符合要求或合格”，缺少原始數(shù)據(jù)。

（3）有的檢定證書上交流未注明50 Hz頻率，在檢定證書上有1家計量器具名稱寫成“電壓表”。

（4）有的原始記錄和檢定證書中檢定結(jié)論未注明0.5級合格。

2）原始記錄和證書的一致性

有的原始記錄和檢定證書中的檢定地點不一致、信息不詳細，有的就寫“受檢單位”；有的檢定證書信息大于原始記錄信息，如檢定證書上有標準器證書信息、實際值（格數(shù)）和有效期等而原始記錄中則無。

3）對規(guī)程理解和掌握程度

（1）根據(jù)JJG 124- 2005檢定規(guī)程6.3.1.3規(guī)定：凡公用一個標度尺的多量程儀表，只對其中某個量程（稱全檢量程）的范圍內(nèi)帶數(shù)字的分度線進行檢定，而對其余量程（稱非全檢量程）只檢量程上限和可以判定最大誤差的分度線。有的參比實驗室非全檢量程沒有選擇可以判定最大誤差的分度線進行檢定而選擇其他。

（2）JJG 124- 2005檢定規(guī)程6.3.1.5規(guī)定：對于有額定頻率范圍及擴展頻率范圍的交直流兩用表，還應(yīng)在額定頻率范圍內(nèi)上限頻率、擴展頻率的上限分別檢定量程上限和可以判定最大誤差的分度線。7家參比實驗室標準裝置證書上有2家僅限工頻頻率或50 Hz，有2家沒注明頻率范圍，有3家頻率上限為70 Hz；而這次比對樣品的頻率范圍是50～60 Hz，5家參比實驗室沒按規(guī)程6.3.1.5的要求選擇60 Hz進行檢定。

5 結(jié)語

通過對比對中存在的問題的剖析，建議各參比實驗室認真總結(jié)經(jīng)驗，加強實驗室內(nèi)部管理，進一步規(guī)范對三表（電壓表、電流表、功率表）的檢定工作，加大對檢定規(guī)程和測量不確定度的評定方法的培訓學習。

這次參比實驗室的所有測量點的|En|值均小于1，表明參比實驗室的測量結(jié)果與參考值在合理的預(yù)期之內(nèi)，滿足開展上海市交直流電壓表量值傳遞的要求。