電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室的建標(biāo)

伊鋒

摘? 要：電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室可完成電能表、電量變送器、數(shù)字式儀表、指針式儀表、絕緣電阻表、頻率表的檢定工作。電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室在建標(biāo)測量的過程中根據(jù)電測實驗室的建標(biāo)經(jīng)驗，闡述了實驗室建標(biāo)需完成的工作和注意事項，著重講述了重復(fù)性穩(wěn)定性試驗及標(biāo)準(zhǔn)器不確定度的評定方法。對后續(xù)電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室建標(biāo)或增項工作將有著很好的借鑒指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電測實驗室;建標(biāo);不確定度

中圖分類號：F206? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 電測實驗室

1.1 電測實驗室簡介

電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室于2014年9月份完成建標(biāo)，新建了多功能標(biāo)準(zhǔn)表標(biāo)準(zhǔn)裝置、電量變送器檢定裝置、數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置、交直流電壓電流功率檢定裝置、絕緣電阻表檢定裝置，可完成電能表、電量變送器、數(shù)字式儀表、指針式儀表、絕緣電阻表和頻率表的檢定工作。

1.2 實驗室建標(biāo)流程

實驗室建標(biāo)流程：標(biāo)準(zhǔn)器重復(fù)性穩(wěn)定性實驗→建標(biāo)文件編制→評審單位對建標(biāo)文件進行初審，并提出整改意見→根據(jù)整改意見對文件進行修改→評審單位進行最終現(xiàn)場考核。

1.3 建標(biāo)文件編制清單

實驗室建標(biāo)需編制以下文件。1）計量標(biāo)準(zhǔn)考核（復(fù)查）申請表。2）標(biāo)準(zhǔn)器操作規(guī)程。3）國防軍工計量標(biāo)準(zhǔn)履歷表。4）計量標(biāo)準(zhǔn)器具測量重復(fù)性穩(wěn)定性考核記錄。5）建標(biāo)技術(shù)報告。1）～4）項均有相應(yīng)的文件模板，主要是用于描述標(biāo)準(zhǔn)器的基本信息和操作方法，編寫難度不大，需要時可以直接套用。后文中將著重講述一下建標(biāo)報告的編寫。

2 重復(fù)性穩(wěn)定性試驗

2.1 試驗方法

重復(fù)性實驗即選取一穩(wěn)定測量儀器，在短時間內(nèi)由同一操作者對標(biāo)準(zhǔn)器某一輸出量重復(fù)測量n次，得到n個測量值xi，一般情況下n取10。按式（1）計算，其結(jié)果應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的2/3。

（1）

穩(wěn)定性試驗即選取一穩(wěn)定測量儀器，每隔1個月對標(biāo)準(zhǔn)器的某一輸出量重復(fù)測量n次，取n個測量值的算術(shù)平均值作為一次測量結(jié)果，至少考核4個月，一般情況下n取10。按式（2）計算，其結(jié)果應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)器的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（2）

2.2 檢定點的選擇

重復(fù)性穩(wěn)定性試驗檢定點的選取非常重要，一旦檢定點出現(xiàn)漏選的情況，對后續(xù)不確定度的計算和建標(biāo)工作都有很大影響。檢定點的選取原則如下。1）若某一標(biāo)準(zhǔn)器需建立多個標(biāo)準(zhǔn)，則每個建標(biāo)項目均需選擇相應(yīng)的檢定點進行試驗。例如某一標(biāo)準(zhǔn)器計劃建立交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流4個標(biāo)準(zhǔn)，則每個標(biāo)準(zhǔn)都要選擇相應(yīng)的檢定點。2）若標(biāo)準(zhǔn)器有多個量程，則只在某一常用量程上選擇檢定點進行試驗。例如某一標(biāo)準(zhǔn)器交流電壓輸出量程包括57.7 V、100 V、220 V、600 V，則只需在100 V量程上選擇檢定點即可。3）若標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)參數(shù)用引用誤差表示，則檢定點應(yīng)包括量程上限和1/10量程上限。若標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)用相對誤差表示，則檢定點只包括量程上限即可。

3 建標(biāo)技術(shù)報告編寫

《JJF（國防）3—2012 國防軍工計量標(biāo)準(zhǔn)器具技術(shù)報告編寫要求》中要求計量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報告應(yīng)包括封面、目錄、計量標(biāo)準(zhǔn)器概述、計量標(biāo)準(zhǔn)器具性能、構(gòu)成計量標(biāo)準(zhǔn)器具的主標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備、量值溯源與傳遞關(guān)系圖、檢定人員、環(huán)境條件、計量標(biāo)準(zhǔn)器具不確定度評定、計量標(biāo)準(zhǔn)器具重復(fù)性、計量標(biāo)準(zhǔn)器具穩(wěn)定性、計量標(biāo)準(zhǔn)器具不確定度的驗證、結(jié)論和附錄。其中最困難部分為標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度評定，其余部分在《JJF（國防）3—2012》中均有詳細(xì)描述，文中將不再加以詳述。

3.1 不確定度評定

由于測量誤差的存在，被測量的真值難以確定，使測量結(jié)果帶有不確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們引出了不確定度。測量不確定度表示測量結(jié)果不能肯定的程度，是表征儀器綜合性能的重要指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)器的擴展不確定度應(yīng)不大于被檢表最大允許誤差絕對值的，上級評審單位據(jù)此來限定標(biāo)準(zhǔn)器所能檢定表計的范圍。

3.2 評定流程

評定流程：建立數(shù)學(xué)模型并分析不確定度來源→計算各不確定度分量→計算相對合成不確定度→計算相對擴展不確定度。

3.3 評定方法簡介

測量不確定度包括由隨機效應(yīng)引入的分量和由系統(tǒng)效應(yīng)引入的分量。不確定度的評定包括A類和B類2種評定方法。其中，A類評定方法為在重復(fù)性條件下對同一被測量獨立重復(fù)觀測n次，得到n個測量值xi（i=1，2，…，n），按公式（3）進行計算。由隨機效應(yīng)引入的分量使用A類方法進行評定。

（3）

式中：—n次測量結(jié)果的平均值。

B類評定方法為根據(jù)有關(guān)的信息或經(jīng)驗，判斷被測量的可能值區(qū)間[-a，+a]，假設(shè)被測量值的概率分布，根據(jù)概率分布和要求的概率p確定k，由公式（4）計算得出。由系統(tǒng)效應(yīng)引起的不確定度分量使用B類方法進行評定。

（4）

式中：a—被測量可能值區(qū)間的半寬度。k—置信因子。

評定點的選取原則為：若標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)以相對誤差的形式表示，則認(rèn)為其量程范圍內(nèi)的相對不確定度是相同的，此時只評定其量程上限即可;若標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)以引用誤差的形式表示，則認(rèn)為其量程范圍內(nèi)的相對不確定度不同，需評定其量程上限點和1/10量程上限點，最終計算得出的相對不確定度應(yīng)表示為一個范圍。

3.4 不確定度評定實例

該文以多功能電測儀表檢定裝置CL3021D交流電壓100 V點的不確定度評定為例對評定方法進行具體介紹。

3.4.1 建立數(shù)學(xué)模型

使用CL3021D進行交流電壓表檢定時使用標(biāo)準(zhǔn)源法，由標(biāo)準(zhǔn)器向被檢表輸入一指定值，記錄此時被檢表的顯示值，顯示值與實際輸入值之差即為被檢表的示值誤差。

γ= y-y0? ? ? ? ? （5）

式中：γ—被檢表的示值誤差。y—被檢表示值。y0—標(biāo)準(zhǔn)裝置實際輸出值。

3.4.2 不確定度來源

由建立的數(shù)學(xué)模型可知測量不確定度來源包括測量數(shù)據(jù)的分散性引入的不確定度u（y）和標(biāo)準(zhǔn)器輸出引入的不確定度u（y0）。因兩者不相關(guān)，所以相對合成不確定度為：

urel2= u（y）2+u（y0）2? ? ? ? ? ? ? （6）

因此測量不確定度來源包括4類。1）測量分散性引入的不確定度分量。2）標(biāo)準(zhǔn)器輸出準(zhǔn)確度引入的不確定度分量。3）標(biāo)準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定性引入的不確定度分量。4）標(biāo)準(zhǔn)器調(diào)節(jié)細(xì)度引入的不確定度分量。

3.4.3 各不確定度分量的評定

3.4.3.1 測量分散性引入的不確定度u1

測量分散性引入的不確定度，可以通過在重復(fù)條件下連續(xù)測量得到的1組數(shù)據(jù)，用不確定度A類評定方法得到。10次的測量結(jié)果分別為：99.9951、99.9935、99.9903、100.015、99.9895、99.9887、99.9891、99.9880、99.9875、99.9875。

因此測量分散性引入的相對不確定度為

3.4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度采用B類方法進行評定。由數(shù)據(jù)修約、測量儀器最大允許誤差或分辨力、參考數(shù)據(jù)的誤差限導(dǎo)致的不確定度通常假設(shè)為均勻分布。均勻分布相應(yīng)置信因子。

1）標(biāo)準(zhǔn)器輸出準(zhǔn)確度引入的不確定度u2

根據(jù)說明書給出的技術(shù)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)器輸出準(zhǔn)確度為0.05%RG，根據(jù)公式（4）輸出準(zhǔn)確度引入的相對不確定度為

2）標(biāo)準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定性引入的不確定度u3

根據(jù)說明書給出的技術(shù)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定度為0.01%RG/1min，根據(jù)公式（4）輸出穩(wěn)定度引入的相對不確定度為

3）標(biāo)準(zhǔn)器調(diào)節(jié)細(xì)度引入的不確定度u4

根據(jù)說明書中的技術(shù)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)器的調(diào)節(jié)細(xì)度為0.01%RG，根據(jù)公式（4）調(diào)節(jié)細(xì)度引入的相對不確定度為

3.4.4 相對合成不確定度

根據(jù)公式（6），標(biāo)準(zhǔn)器的相對合成不確定度見下式。根據(jù)國際慣例，當(dāng)?shù)谝粋€有效數(shù)字為1、2時，保留兩位有效數(shù)字，當(dāng)?shù)谝粋€有效數(shù)字為3或3以上時，保留1位有效數(shù)字。

3.4.5 相對擴展不確定度

相對擴展不確定度Urel是被測量可能值包括區(qū)間的半寬度，由相對合成不確定度Urel乘包括因子k得到。在通常的測量中，k一般取2。

因此，CL3021D在交流電壓100 V點的相對擴展不確定度為0.06% （k=2）。

4 結(jié)論

電測實驗室自2014年1月份開始建標(biāo)，9月份完成建標(biāo)。期間由于經(jīng)驗不足導(dǎo)致建標(biāo)過程中困難較多，該文根據(jù)建標(biāo)過程中積累的經(jīng)驗對建標(biāo)的基本流程、建標(biāo)過程中的重難點進行說明，主要對當(dāng)時存在問題較多的重復(fù)性穩(wěn)定性試驗和不確定度計算進行了詳細(xì)講述，對后續(xù)建標(biāo)或增項工作有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻

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