測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中的運(yùn)用

劉興貴

摘要：在衡量低壓電器檢測(cè)技術(shù)水平時(shí)，測(cè)量不確定度為重要指標(biāo)?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)測(cè)量不確定度內(nèi)涵及其評(píng)價(jià)流程展開了分析，然后對(duì)測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中的運(yùn)用方法進(jìn)行了探討，最后結(jié)合算例體現(xiàn)了方法的實(shí)踐運(yùn)行效果，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：測(cè)量不確定度;低壓電器;質(zhì)量檢測(cè)

在電器市場(chǎng)上，低壓電器產(chǎn)品魚龍混雜，需要通過檢測(cè)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理，推動(dòng)市場(chǎng)有序發(fā)展。而能否保證產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果科學(xué)，還要加強(qiáng)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定。因此，需要加強(qiáng)測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中的運(yùn)用分析，以便使電器質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)水平得到不斷提升。

1 測(cè)量不確定度概述

所謂的測(cè)量不確定度，其實(shí)就是賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)的表征，能夠使測(cè)量結(jié)果受測(cè)量誤差影響而產(chǎn)生的不可信程度進(jìn)行反映。在固定區(qū)域內(nèi)，測(cè)量值將以一定概率分布，能夠體現(xiàn)被測(cè)量的分散性。在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)工作中，需要完成測(cè)量不確定度的評(píng)定，以便使實(shí)驗(yàn)室出具的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果更具準(zhǔn)確性。而實(shí)際對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定，首先需要對(duì)不確定度的來源進(jìn)行分析和識(shí)別。結(jié)合試驗(yàn)項(xiàng)目，可以完成相應(yīng)測(cè)量數(shù)學(xué)模型的建立，然后進(jìn)行測(cè)量值的列值統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的A類評(píng)定。結(jié)合相關(guān)信息資料，可以完成標(biāo)準(zhǔn)偏差估值B類評(píng)定。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)A類評(píng)定結(jié)果和B類評(píng)定結(jié)果進(jìn)行合成，得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度，繼而得到擴(kuò)展不確定度，最終生成測(cè)量結(jié)果的不確定度報(bào)告。

2 測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中的運(yùn)用分析

2.1 不確定度來源

在低壓電器檢測(cè)中，需要對(duì)電器多項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)量，具體包含電器壽命檢測(cè)、電壓降測(cè)定、耐壓試驗(yàn)與絕緣電阻測(cè)量、耐電流能力測(cè)量、動(dòng)作特性檢測(cè)等等。為確定檢測(cè)質(zhì)量，需要運(yùn)用國(guó)際公認(rèn)不確定度評(píng)定方法進(jìn)行報(bào)告度量，使檢測(cè)技術(shù)水平高低得到反映。在實(shí)際運(yùn)用過程中，還要先確認(rèn)低壓電器檢測(cè)不確定度的來源。結(jié)合各項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容及其測(cè)量方法、程序和系統(tǒng)，可以得到十個(gè)不確定度來源，即被測(cè)量定義不完善、被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值變化、環(huán)境條件測(cè)量控制不完善、被測(cè)量定義方法實(shí)現(xiàn)不理想、測(cè)量?jī)x器分辨率不足、取樣代表性不全、模擬儀器讀數(shù)人為偏差、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)值不準(zhǔn)、數(shù)據(jù)計(jì)算參量不準(zhǔn)、測(cè)量方法程序存在假定性和近似性。實(shí)際對(duì)各檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行不確定性評(píng)價(jià)，還要結(jié)合具體操作情況進(jìn)行不確定度來源確認(rèn)。

2.2 不確定度評(píng)定

對(duì)低壓電器檢測(cè)不確定度進(jìn)行評(píng)定，需要結(jié)合不確定度不同來源進(jìn)行區(qū)分，然后采取不同評(píng)定方法。具體來講，A類不確定度主要針對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算多次的測(cè)量結(jié)果，需要結(jié)合最終結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表征。假設(shè)在一個(gè)量經(jīng)過n次獨(dú)立試驗(yàn)時(shí)，在看似同等條件下，將產(chǎn)生相應(yīng)不確定度UA，按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，式中Xi指的是第i次測(cè)量結(jié)果，為數(shù)列算數(shù)平均值。

B類不確定度需要根據(jù)信息或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，在低壓電器檢測(cè)中需要采用儀器進(jìn)行電器性能測(cè)定，在不確定度評(píng)估時(shí)還要對(duì)校準(zhǔn)整數(shù)、制作說明、儀器特點(diǎn)等信息進(jìn)行收集，作為不確定度的評(píng)定參數(shù)。按照式（2），可以對(duì)B類不確定度UB進(jìn)行評(píng)定，式中a指的是區(qū)間半寬度，k指的是與被測(cè)量值在區(qū)間內(nèi)概率分布的相關(guān)因數(shù)，需要結(jié)合實(shí)際情況取值。

在實(shí)際運(yùn)用過程中，針對(duì)可以簡(jiǎn)化的項(xiàng)目，比如在低壓電器檢測(cè)中A類評(píng)定為主，可以對(duì)B類評(píng)定分離進(jìn)行忽略，即可以簡(jiǎn)化不確定度評(píng)定過程。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行低壓電器檢測(cè)，可以不給于自由度。在不確定度進(jìn)行合成時(shí)，無需對(duì)相關(guān)性進(jìn)行考量。實(shí)際在對(duì)低壓電器進(jìn)行日常檢測(cè)時(shí)，由于測(cè)量不確定度能夠?qū)y(cè)量結(jié)果質(zhì)量進(jìn)行反映，所以得到的不確定度越小說明電器質(zhì)量越好。而A類和B類不確定度評(píng)定方法并無好壞之分，可以結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行靈活選擇。在全面評(píng)定過程中，可以根據(jù)自由度確定檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性，即自由度越大說明檢測(cè)穩(wěn)定性越高。

2.3 算例分析

以低壓電器電壽命檢測(cè)試驗(yàn)為例，采用直讀測(cè)量法從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得試驗(yàn)結(jié)果，其測(cè)量不確定度來源主要包含測(cè)量重復(fù)性、儀器準(zhǔn)確度、環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)值、數(shù)據(jù)處理和人員操作。假設(shè)試驗(yàn)輸出實(shí)際電流值為Y，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電流顯示值為X，將存在n個(gè)輸入量，得到Y(jié)=f（X1，X2，…，Xn）。針對(duì)A類不確定度進(jìn)行評(píng)定，可知系統(tǒng)通道一個(gè)電流信號(hào)基準(zhǔn)值為38A，重復(fù)進(jìn)行20次測(cè)量，被測(cè)量最佳估計(jì)值為37.996A，可以得到不確定度UA=0.147%。針對(duì)B類不確定度進(jìn)行評(píng)定，需要分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值、傳感器誤差、人為操作、環(huán)境溫度、數(shù)據(jù)處理引入的不確定度評(píng)定。根據(jù)校準(zhǔn)證書可知，設(shè)備測(cè)量交流瞬時(shí)電流準(zhǔn)確度為±0.2%+0.05%，最大誤差區(qū)間半寬度為0.332%，服從均勻分布，k取值，可以得到UB1=0.192%。根據(jù)廠家資料可知，傳感器測(cè)量精度為±1%，a=1%，同樣服從均勻分布，得到UB2=0.577%。采用數(shù)據(jù)記錄儀，設(shè)備精度為±0.3%，服從均勻分布，可得UB3=0.173%。在環(huán)境溫度方面，采集系統(tǒng)內(nèi)部存在溫度補(bǔ)償，誤差最大為±0.2%，視作服從均勻分布，得到UB4=0.115%。試驗(yàn)操作嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，可以忽略數(shù)據(jù)處理和人為操作引入的誤差。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行合成，由于各項(xiàng)不確定度分量相互獨(dú)立，可以得到式（3），最終得到Uc≈0.659%。擴(kuò)展因子取2，可以得到擴(kuò)展不確定度為1.32%。因此在低壓電器檢測(cè)中運(yùn)用測(cè)量不確定度，其實(shí)就是利用分散性尺度進(jìn)行電器質(zhì)量評(píng)估，能夠使檢測(cè)帶有的分散特性得到體現(xiàn)，同時(shí)彰顯檢測(cè)內(nèi)不包含的數(shù)值。根據(jù)不確定度，可以進(jìn)行電器質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)有效判斷和改造，促使檢測(cè)結(jié)果的結(jié)構(gòu)精確度得到提高，因此能夠使低壓電器檢測(cè)水平的提升。

3 結(jié)論

綜上所述，在低壓電器檢測(cè)中，系統(tǒng)檢測(cè)質(zhì)量與不確定度之間存在密切關(guān)系，需要運(yùn)用測(cè)量不確定度反映檢測(cè)精度。在實(shí)踐操作中，還要按照不確定度評(píng)定流程確認(rèn)檢測(cè)不確定度的來源，然后針對(duì)不同類型不確定度采取A類或B類不確定度評(píng)定方法，最終實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成。得到的評(píng)定結(jié)果越小，說明檢測(cè)精確度較高，能夠達(dá)到低壓電器質(zhì)量檢測(cè)要求。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院）